彩色光源四相機(jī)PTV系統(tǒng)仿真與構(gòu)建.pdf

1、目前，撲翼飛行的研究正成為全球熱門領(lǐng)域，其翅膀的撲動會產(chǎn)生大量的渦旋，其流場屬于低雷諾數(shù)下的強(qiáng)非定常流場，盡管常規(guī)的CFD流動模擬技術(shù)已被應(yīng)用到撲翼飛行的流場計(jì)算，但對這種強(qiáng)非定常流場的精確量化并不理想，仍需采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行精確地測量。而在諸多流場測量方法中，粒子圖像測量技術(shù)是目前最為可靠和有效的測流方法，在粒子圖像測量技術(shù)中，PTV（Particle tracking velocimetry）技術(shù)基于拉格朗日法對單個(gè)粒子進(jìn)行追蹤，極其

2、適合測量撲翼飛行的強(qiáng)非定常流場，但是由于單個(gè)粒子的匹配特征較少，長期以來，PTV對粒子的匹配效率都不甚理想。
　　為了提高PTV中粒子的匹配效率，本文從提高粒子匹配特征入手，提出一種基于LED陣列紅綠（RG）兩色曝光的彩色光源四相機(jī)PTV技術(shù)方案，開發(fā)了虛擬仿真PTV系統(tǒng)對技術(shù)方案進(jìn)行仿真，并在虛擬PTV的協(xié)助下搭建了彩色光源四相機(jī)PTV系統(tǒng)，此外，通過實(shí)驗(yàn)測試和RG兩色曝光粒子圖像的分離和匹配操作驗(yàn)證了基于LED陣列RG兩色曝光

3、的彩色光源四相機(jī)PTV系統(tǒng)的可行性。
　　首先，本文對提出的彩色光源四相機(jī)PTV技術(shù)的各子模塊進(jìn)行了開發(fā)，包括紅綠（RG）兩色曝光的LED陣列光源，基于四相機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與存儲模塊，用于粒子圖像處理的計(jì)算機(jī)與觸發(fā)控制模塊，流場介質(zhì)模塊以及粒子匹配方法模塊。
　　為了有效的對各模塊進(jìn)行搭建，本文開發(fā)了一個(gè)能夠模擬彩色光源四相機(jī)PTV系統(tǒng)的虛擬仿真PTV系統(tǒng)，該系統(tǒng)對相機(jī)成像三維空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、光照模型、相機(jī)參數(shù)、粒子灰度投影、

4、RG雙曝光效果以及粒子的運(yùn)動賦值等模塊進(jìn)行了細(xì)致的模擬，系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)為各種實(shí)驗(yàn)條件的模擬參數(shù)，輸出量為在模擬條件下的時(shí)序粒子圖像。此外，本文通過對生成的粒子圖像的形貌、灰度分布特征、粒徑分布、算法匹配識別性等特征進(jìn)行分析和對比，對虛擬PTV的光照模型、粒子灰度投影模型以及粒子的運(yùn)動賦值等模塊進(jìn)行驗(yàn)證。
　　為了有效搭建開發(fā)的PTV系統(tǒng)，通過使用虛擬PTV對流動區(qū)域尺寸和位置、四相機(jī)系統(tǒng)位置與視軸、相機(jī)參數(shù)、LED陣列空間位置與朝