1 中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室，浙江 杭州 310018
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互相关光流混合算法是目前粒子图像测速的主流算法，但是重建速度场精度不高。利用高斯径向基函数插值替换互相关光流混合算法中的双三次插值，减小了重建角度误差。进行朗肯涡流仿真实验，使用高斯径向基函数插值混合算法进行粒子速度场重建，其均方根误差和平均角度误差比传统混合算法分别降低了27.36%和38.32%，并分析了位移和粒径大小对重建误差的影响。搭建了二维粒子图像测速技术（PIV）实验系统，采用粒径为100 的聚酰胺粒子作为示踪粒子，进行旋转实验和注水实验，分别模拟涡流场和射流场。采用高斯径向基函数插值混合算法进行速度场重建，可以获得与传统混合算法相近的粒子速度场。
测量 粒子图像测速 高斯径向基函数 朗肯涡流 平均角度误差
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分析了基于彩色光照的粒子图像测速算法中示踪粒子的成像原理，并根据实际流场中的应用环境以及彩色粒子图像测速算法的实验条件，采用一套由白色光源和波长线性变化的滤波片组成的照明系统，为粒子场提供不同深度、相同光强的彩色体积光照明。根据针孔相机模型和其对应的点扩散函数，建立示踪粒子的三维成像模型，得到在彩色体积光照射下流场中的粒子在彩色相机上的模拟图像。结合朗肯涡流模型生成的三维速度场得到不同时刻下的模拟粒子图像。采用彩虹粒子图像测速算法对不同密度的粒子在不同速度的朗肯涡流场下的模拟图像进行粒子分布场和粒子速度场的重建分析，与真实值对比，证明该方法生成的模拟粒子图像可以为基于彩色光照粒子图像测速算法的研究提供支撑。
粒子图像测速 针孔成像 点扩散函数 彩色光照 朗肯涡流 Particle image velocimetry Pinhole imaging Point-spread function Color light Rankine vortex
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韦伯分布在非线性寻优问题中具有较好的寻优精度和全局搜索能力,为此提出一种基于韦伯分布的布谷鸟搜索(WCS)算法来解决颗粒粒径分布反演的问题。使用WCS算法对服从Johnson’s SB分布、Rosin-Rammler分布和正态分布的单峰颗粒系和双峰颗粒系进行颗粒粒径分布的反演,并分别与其他传统算法的处理结果进行比较。结果表明,WCS算法的整体效果优于人工鱼群算法和人工蜂群算法,且改进后的4种重尾分布CS算法的标准差比原CS算法提升2~3个数量级。目标函数散射光能加入噪声后,WCS算法比其他三种重尾分布的相对均方根误差值至少可降低1/2。使用小角前向散射测量系统对单峰颗粒系和双峰混合颗粒系进行实验研究,发现WCS算法的相对均方根误差比原CS算法降低约为40%。
散射 小角前向散射 布谷鸟搜索算法 韦伯分布 颗粒粒径反演
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为根据参数精确获取分层位置的重聚焦像, 提出了基于阶梯尺的标定方法.用光场相机拍摄阶梯标尺, 利用重聚焦技术获得图像序列, 使用点锐度评价函数计算图像序列各刻度面最清晰图像, 完成重聚焦参数的标定.对标定结果进行评价, 采用刃边法计算重聚焦图像的高斯离焦参数, 阶梯标尺比刻度标尺标定方法减小25%以上, 可以有效提高光场相机重聚焦的准确度.进行分层成像实验, 对比两种标定方法下的分层重聚焦图像, 验证了阶梯标尺标定的重聚焦结果更清晰, 适用于光场分层成像系统.
光场相机 光学分层成像 数字重聚焦 重聚焦参数 清晰度评价 高斯离焦参数 Light field camera Optical sectioning tomography Digital refocusing Refocusing parameter Definition evaluation Gaussian defocusing parameter
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在光散射法的颗粒粒径测量方法中, 传统测量模型的测量结果易受光路中颗粒杂质的影响。在Mie散射理论的基础上, 将小角前向散射法与偏振比法相结合, 推导了新的散射光能与粒径分布关系式, 构造了传统小角前向散射法和小角前向散射偏振比法两种目标函数, 并引入一种非独立模式算法——人工鱼群算法对两种方法的目标函数进行反演。仿真采用服从Johnson-SB单峰分布均匀球形颗粒, 分别对两种目标函数散射光能加入5%, 10%, 15%的随机噪声。仿真结果显示, 利用人工鱼群算法对小角前向散射偏振比法目标函数反演得到的反演精度、抗噪声能力和鲁棒性都明显优于传统小角前向散射法目标函数的反演结果。
小角前向散射 偏振比 人工鱼群算法 反演 颗粒粒度 small angle forward scattering polarization ratio AFSA inversion particle size 红外与激光工程
2019, 48(1): 0117001
