粒子圖像速度粒度實時同場測量技術(shù)查詢算法的優(yōu)化研究.pdf

1、燃油噴霧特性直接影響著柴油機的燃燒和排放，研究人員通常希望在測得霧滴尺寸的同時，獲得霧滴的速度特性，這對于研究燃油的微觀霧化機理具有重要的意義。 本文開發(fā)了一種基于灰度自相關(guān)法和灰度差分法的粒子圖像速度粒度場儀PIVS（Particle Image Velocimertry&Sizer）查詢系統(tǒng)，并根據(jù)測量方法的原理，開發(fā)了相應(yīng)的算法，使之與已有的基于聲光調(diào)制器的PIVS成像系統(tǒng)實驗平臺相配套，實現(xiàn)速度、粒度的同場測量。本文主要

2、展開了以下幾個方面的研究工作： 1．提出了兩種PIVS查詢系統(tǒng)圖象預(yù)處理思路。根據(jù)實拍的PIVS實驗圖象的處理要求，本文提出了分別適用于理想的灰度自相關(guān)方式及灰度自相關(guān)方式處理要求的兩條圖象預(yù)處理思路。成功實現(xiàn)了在不改變實驗圖像中粒子像點大小及灰度值的情況下，對其進行背景降噪。預(yù)處理效果可以基本滿足實用的要求。 2．理想的灰度自相關(guān)理論模型的建立及算法實現(xiàn)。本文從理論上證明了兩次曝光激光光強不變的情況下，單個查詢區(qū)域內(nèi)不

3、同粒子兩次曝光像點其灰度總和的比值為常數(shù)這一假定。并通過對模擬圖象的處理，證明了查詢算法的可行性、正確性和有效性。 3．灰度自相關(guān)法理論模型的建立及算法實現(xiàn)。本文提出了一種基于灰度自相關(guān)法的PIVS查詢系統(tǒng)優(yōu)化模型，并據(jù)此開發(fā)了相應(yīng)的PIVS查詢算法。解決了現(xiàn)有PIVS成像系統(tǒng)拍得的實驗圖象在進行傳統(tǒng)自相關(guān)處理時遇到的無法選取正確的相關(guān)峰值的問題。另外，灰度自相關(guān)法還充分考慮到了實拍PIVS實驗圖象中單個查詢區(qū)域內(nèi)粒子兩次曝光像

4、點灰度值的不均勻性，通過對各種情況下模擬的及實拍的PIVS實驗圖象的處理，證明了本文所開發(fā)的PIVS查詢系統(tǒng)已經(jīng)具備了一定的實用性。 4．灰度差分法測量粒子真實粒徑的算法實現(xiàn)。本文成功的將灰度差分法測徑與理想的灰度自相關(guān)及灰度自相關(guān)兩種測速方式相擬合，實現(xiàn)了速度粒度的同場測量。使PIVS查詢系統(tǒng)在粒度測量方面，不僅可以測得粒子像點的像素面積和等效直徑，還可以測得粒子的真實直徑。 5．PIVS查詢系統(tǒng)的優(yōu)化分析。本文還對已