《多介質下三維粒子圖像測速算法研究》是依託大連理工大學,由杜海擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多介質下三維粒子圖像測速算法研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜海
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當使用粒子圖像測速技術對目標流場進行測量時，在成像系統與示蹤粒子間往往存在著兩種及兩種以上的介質，如空氣、玻璃、水等。這些介質不僅改變了粒子成像時的光路而且降低了粒子像的質量，因此測速過程中若不考慮介質的影響便會導致測量結果出現較大的誤差。針對這一情況，本項目結合粒子圖像測速原理對由介質所引起的折射、散射、吸收等現象進行研究，發現並歸納出介質對粒子圖像測速過程的影響規律，並在此基礎上提出一種新式的三維粒子圖像測速方法，其中包括：粒子退化圖像的還原算法、畸變圖像的匹配算法以及同名點的對應方法。該套方法的研究綜合考慮了粒子圖像測速方法自身的影響因素以及系統運行時的外部影響因素，有效地降低或消除了介質的影響，提高了粒子圖像測速的準確程度，從而拓展了粒子圖像測速技術的套用領域。
結題摘要
粒子圖像測速技術是在流動顯示技術基礎上發展起來的一種非接觸式的測量方法。由於該技術可以對一定範圍內的目標流場進行無擾動、瞬態、全場的細微剖析，因此在流體力學研究領域具有著重要的套用價值。本課題立足於三維粒子圖像測速技術，旨在解決多種光學介質下流場的空間重建問題。根據粒子圖像算法結構，課題的研究工作分為三個部分：1、粒子圖像的靜態分析；2、粒子圖像間的匹配；3、介質影響下粒子的空間重構。在第一部分研究內容中，課題研究以提取圖像中的示蹤粒子為主線，探索了像面上粒子間的結構特點，並通過自適應閾值法進行圖像分析，基於圖像分割技術提出了粒子散斑的檢測方法以及混疊粒子的辨識方法。在第二部分研究內容中，課題研究工作以折射畸變影響下同名粒子點的搜尋為主線，將局部匹配與全局最佳化相融合、將區域匹配與特徵匹配相融合，一方面探索不同角度下粒子圖像間的立體匹配方法，另一方面探索不同時刻下前後幀粒子圖像間的配準方法。通過研究提出了分層匹配策略，大幅度地降低了匹配過程中錯誤矢量的產生。在第三部分研究內容中，課題研究以高精度重構示蹤粒子的空間位置為主線，推導了折射畸變影響下的坐標修正公式，並結合攝像機標定技術對短基線視覺系統下的粒子重構進行了實驗分析，通過重構過程的矯正大幅度地縮小了實驗測量值與真值之間的差距。本課題研究從粒子識別到同名點追蹤匹配再到三維重構，系統地分析了實驗過程中介質對粒子圖像測速結果的影響，探討了現代圖像測量方法在粒子圖像測速技術中的演化與發展，並在此基礎上提出了一系列的粒子圖像分析的最佳化方法，有效地降低了流體測量時的實驗誤差，提高了圖像測速方法的可靠性，進一步推動了粒子圖像測速技術的發展。
