一种隔行扫描CCD的流动二维速度场测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种隔行扫描CCD的流动二维速度场测量方法及装置，本发明在待测流动对象（气体或液体）中植入示踪粒子，示踪粒子由于粘性会跟随流体一同运动，该测量装置采用连续发光的气体激光器(如He-Ne激光器)作为光源和普通的隔行扫描CCD传感器作为图像探测器，瞬态抓取一帧含有示踪粒子的流动图像，之后利用滤波、二值化对流动图像进行处理，再按照奇偶数行将隔行扫描的一帧图像分离成二幅图像，采用互相关技术进行计算处理，即可获得流动二维速度场。本发明无需大功率的激光器、高分辨率的CCD和复杂的同步装置的情况下，可以实现PIV全场速度测量；设备简单，价格低廉，适合不同场合下流场测量。

主权项

一种隔行扫描CCD的流动二维速度场测量方法，包括以下步骤：a、在待测流体中加入示踪粒子，激光器出射光在柱面镜的作用下形成扇形片状光；在片状光源的照射下示踪粒子各自形成散射斑点，并利用隔行扫描CCD传感器获取一帧含有示踪粒子的流动图像g(x,y)，包含两场图像，利用图像采集卡采集并储存在计算机内；b、图像采集卡采集到的粒子流动图像g(x,y)为退化的图像，并通过公式(1)进行滤波恢复处理：F(x,y)＝g(x,y)*h_w(x,y)   (1) 其中，F(x,y)为经过滤波恢复处理后的图像，h_w(x,y)是基于Wiener滤波图像恢复的点扩散函数；c、对经过滤波恢复处理的粒子图像的灰度进行二值化处理，分割成两组：其中，L₁、L₂为设定的阈值；d、将二值化处理的f^*(x,y)一帧图像按照奇偶行组合的规律分离成奇偶场图像，分别将奇偶图像作为一帧图像，因此可获得两帧图像f₁^*(x,y)和f₂^*(x,y)；e、在奇偶场得到的两帧图像f₁^*(x,y)和f₂^*(x,y)基础上，通过公式(3)对两帧图像f₁^*(x,y)和f₂^*(x,y)进行互相关计算，其中，C_ff*是相关系数，L是f₁^*(x,y)和f₂^*(x,y)分别为两帧图像灰度矩阵中诊断窗口重叠元素都为1的个数，n和m分别为f₁^*(x,y)和f₂^*(x,y)矩阵中元素为1的个数；根据一定区域内寻找相关系数最大值办法确定诊断窗口内粒子群的位移(d_x,d_y)；f、在获取诊断窗口内粒子群的位移(d_x,d_y)的基础上，通过公式(4)和(5)计算得到二维速度场，其中，τ为两场图像之间的时间间隔。