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PIV图像后处理新方法研究

作　者: 王平让
导　师: 康海贵；孙鹤泉
学　校: 大连理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: PIV 互相关 Fourier变换 Hartley变换小波分析矢量修正多线程
分类号: TV131.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 800次
引　用: 9次
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内容摘要

通常在水动力实验、空气动力实验中采用的流速测量仪器或方法，如超声波多普勒测速仪(ADV)、激光多普勒测速法(LDV)等，只能对流场进行单点测量，且多数仪器在应用时需要接触或进入流场，不能对测量区域内的二维流场进行无扰动测量。当流场内部的流速变化对外部干扰敏感且在空间上变化剧烈、需要测量流场的二维流速分布时，接触式的单点测量仪器已经无法满足测量要求。PIV技术是近20年发展起来的非接触流场测量技术，通过对流场图像的互相关分析获取流场运动信息，克服了接触式单点测量设备的局限性，能够进行平面二维流场的测试，是一种非常有发展前景的无扰动流场测量技术，已经成功地应用在水动力实验、空气动力实验的二维流场测量中，为科研人员深入了解流场内部的速度分布提供了有效手段。近年来国内外很多学者对PIV技术作了大量的研究工作，但在PIV技术的理论和应用研究方面都还存在不完善之处，主要体现在PIV技术实现的快速算法和后处理方面，包括粒子图像的复原和增强、图像的降噪、无效矢量的去除和修正，以及流线图、等速线、涡度的计算等后处理操作，鉴于此，本课题对PIV技术的后处理算法作了系统研究，这些研究工作将有力地提高PIV技术的应用能力，这是本文研究的主要目的。本文结合PIV实验与计算机应用两方面的特点进行研究，采取理论推导和实验相结合的技术路线，对PIV图像后处理技术的理论和算法进行了系统的研究。在原有算法的基础上，研究了PIV技术的互相关原理及其实现方法，完善了PIV技术实现的快速算法，主要包括：实序列Fourier变换实现方法、复序列Fourier变换实现方法及Hartley变换实现方法等，并对各种实现方法进行了比较，确定了最优的实现方法；在粒子图像的降噪研究方面，建立了应用小波分析进行图像降噪的理论和实现方法；在对错误矢量进行修正的研究方面，建立了实现速度矢量修正的算法，即频域低通滤波修正方法和基于连续性方程的修正方法，并对一些流场参数的分析算法进行了研究；在PIV技术算法的编程实现方面，开发了PIV分析的C++类库，并在PIV分析中实现了多线程技术。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 国内外研究概况  8-10
  1.3 本文研究的主要内容  10
  1.4 本文研究所采取的技术路线  10
  参考文献  10-13
2 PIV的原理及其实现方法  13-32
  2.1 PIV简介  13-14
  2.2 基本理论  14-21
  2.3 PIV技术中的互相关分析  21-24
  2.4 互相关分析的实现方法  24-28
  2.5 亚像素(SUB-PIXEL)处理  28-29
  2.6 初始速度矢量场分析结果  29
  参考文献  29-32
3 流场图像预处理与降噪  32-50
  3.1 引言  32
  3.2 粒子图像复原  32-35
  3.3 粒子图像增强  35-38
  3.4 小波降噪  38-47
  参考文献  47-50
4 速度矢量修正与流场显示  50-65
  4.1 引言  50
  4.2 频域低通滤波修正方法  50-54
  4.3 基于连续性方程的修正方法  54-59
  4.4 流场参数计算  59-63
  参考文献  63-65
5 PIV技术中的类库及多线程  65-79
  5.1 PIV技术测速流程图  65-66
  5.2 PIV技术中的类库  66-70
  5.3 PIV技术中的多线程及其实现  70-78
  参考文献  78-79
6 结束语  79-80
  6.1 本文研究取得的成果和结论  79
  6.2 展望  79-80
附录  80-81
致谢  81-83

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