多相機三維流場測量技術的研究.pdf

1、粒子圖像測速技術(PIV)作為一種新近發(fā)展的流場測量技術，廣泛應用于水動力、空氣動力、渦流、湍流等研究領域，是流場測速中的主要發(fā)展方向之一?；诙嘞鄼C的三維PIV系統(tǒng)是以計算機立體視覺為理論基礎，以圖像處理為手段，目標是實現(xiàn)流場一定體積內的三維速度矢量分布的測量。然而，傳統(tǒng)立體測量中，相機鏡頭平面與流場成像面平行，焦平面平行于鏡頭平面和像平面，如果物平面不平行于像平面，則只有相交于焦平面的線才能聚焦，其余光線在像平面上散焦，圖像變的模糊

2、甚至失真。本論文基于Scheimpflug(該條件指出當物平面，相機透鏡平面，與像平面相交于同一條線時，成像平面呈純聚焦效果)原理，研制的多相機三維流場測量系統(tǒng)能夠使像平面成為純聚焦平面，減小了畸變，使得對測量系統(tǒng)的定標更準確，為流場的準確測量提供了更精確有效的方法。
　　 本文設計了多相機三維流場測量硬件系統(tǒng)，包括多個相機及其三維移動、旋轉坐標系統(tǒng)，立體標定裝置、體光源激光器和多塊高性能圖像采集卡。在粒子圖像測速系統(tǒng)原理的基礎

3、上，建立了改進的多相機視覺數(shù)學模型，推導了多相機標定與重構的數(shù)學表達式，完成了攝像機定標、特征提取、三維重構等關鍵算法的設計。應用改進的MATLAB工具箱和OPENCV軟件包對測量系統(tǒng)進行多相機標定，對相鄰時刻的重構信息進行互相關運算獲得了對應的速度信息，應用MATLAB編程實現(xiàn)了上述各關鍵算法。實驗結果表明，本文所設計、使用的流場測量方法及多相機視覺模型均切實有效，能夠為實際使用者提供符合要求的測量精度。
　　 本文對流場測量