彩色光源四相機PTV系統(tǒng)仿真與構建.pdf

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

2、適合測量撲翼飛行的強非定常流場，但是由于單個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PTV技術方案，開發(fā)了虛擬仿真PTV系統(tǒng)對技術方案進行仿真，并在虛擬PTV的協(xié)助下搭建了彩色光源四相機PTV系統(tǒng)，此外，通過實驗測試和RG兩色曝光粒子圖像的分離和匹配操作驗證了基于LED陣列RG兩色曝光

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

4、RG雙曝光效果以及粒子的運動賦值等模塊進行了細致的模擬，系統(tǒng)的輸入參數為各種實驗條件的模擬參數，輸出量為在模擬條件下的時序粒子圖像。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動賦值等模塊進行驗證。
　　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、四相機系統(tǒng)位置與視軸、相機參數、LED陣列空間位置與朝