[发明专利]一种测量流场速度的方法

权利要求书

1.一种测量流场速度的方法，其特征在于：使用配备双相机的粒子图像速度场仪成像系统拍摄流场粒子图像，并利用粒子图像互相关技术来测量流场速度，具体是：利用配备双相机的粒子图像速度场仪成像系统先后发射两束相同光强相同脉宽的激光片光脉冲照明流场，处于不同拍摄角度的两相机对应激光片光脉冲先后曝光，获得流场的两幅粒子图像，经数字图像处理技术预处理后，校正不同角度下拍摄的粒子图像至相同角度，对粒子图像按一定大小划分查询区域，以查询区域为单位对两粒子图像做互相关运算，获得单个查询区域的一组互相关峰值信息，对几何校正处理后两粒子图像上各粒子像点以相同大小和相同灰度粒子像点替代，同样划分查询区域，进行互相关运算得到对应上述查询区域的另一组互相关峰值信息，叠加比较两组峰值信息得到一个最佳峰值，峰值位置即为该查询区域的相对位移量，相机放大倍率和两次曝光时间间隔已定，速度矢量即可求得，计算所有查询区域从而获得整个流场的速度信息。

2.根据权利要求1所述的测量流场速度的方法，其特征在于：该方法包括：

(1)根据待测流场的流速快慢、流场内粒子的大小和密集程度以及测量分辨率具体情况，设定用于照明流场的两束激光片光脉冲的宽度即两相机曝光时间t、两相机快门开启持续时间T、两束激光片光脉冲间隔时间Δt、激光光路与两个相机光轴的夹角即拍摄角度θ₁和θ₂，以及决定激光片光脉冲光强I的激光器输出功率P；

(2)使用配备双相机的粒子图像速度场仪成像系统先后发射两束具有相同光强相同脉宽的激光片光脉冲照明流场，主相机伴随第一次激光片光脉冲进行一次曝光获得主粒子图像，辅助相机伴随第二次激光片光脉冲进行一次曝光获得辅助粒子图像，输入计算机；

(3)针对不同流场特性和测量要求，采用图像几何校正、平滑和去噪、二值化、元素分割以及膨胀和腐蚀数字图像处理方法中的一种或多种方法对粒子图像作预处理，改善图像质量；

(4)由于两个相机拍摄角度不同，因此拍摄区域和图像放大倍率也不相同，需要经过相应的几何变换运算将辅助粒子图像变换成与主粒子图像的拍摄区域和放大倍率相同的图像；

(5)根据流场粒子密集程度以及测量分辨率的要求调整并设定查询区域划分的大小，对主粒子图像和辅助粒子图像分别划分查询区域；

(6)将主粒子图像中的单个查询区域与辅助粒子图像作两次二维快速傅立叶变换FFT，变换结果即为该查询区域对应的一组互相关峰值信息；

(7)对几何校正后两粒子图像作边缘检测，区分出粒子图像上各粒子像点并计算相应位置，以相同大小和相同灰度粒子像点替代，以与(6)中所述相同的大小划分查询区域，将替换后主粒子图像上与(6)中所述相对应的查询区域与替换后辅助粒子图像作两次二维快速傅立叶变换，得到查询区域对应的另一组互相关峰值信息；

(8)将(6)和(7)中获得的两组互相关峰值作叠加比较，根据峰值具体信息选择最高或者次高峰值作为最佳峰值；

(9)由最佳峰值位置得到查询区域相对像素位移，根据相机放大倍率计算查询区域实际位移量，结合激光片光脉冲间隔时间Δt，根据二维速度计算公式得到查询区域速度大小，其中，v为查询区域平均速度，m为方向的位移量，n为方向的位移量，速度方向由主粒子图像和辅助粒子图像的先后曝光顺序确定；

(10)计算主粒子图像上各查询区域速度矢量，得到整个流场的速度信息。

3.根据权利要求2所述的测量流场速度的方法，其特征在于：还包括：将获得的整个流场速度信息以图像形式显示在计算机屏幕上，或由打印机打印输出。