提出将离焦成像与粒子轨迹测速相结合,分别针对直线型和曲线型粒子轨迹,构建了离焦特征参数σ的识别算法,形成了用于三维速度测量的离焦粒子轨迹测速(DPSV)方法。该方法基于粒子图像离焦特征参数σ沿运动轨迹线的线性变化假设,通过拟合粒子图像的灰度分布来识别σ,从而获得粒子深度信息。在直线轨迹拟合的基础上,进一步采用圆弧拟合处理湍流实验中常见的弯曲轨迹图像。形成了相应的图像处理流程,并采用仿真图像验证了参数识别的准确性,在本文实验装置的噪声水平下相对误差为9.4%左右。采用LED光源和5 μm孔径光阑组成的发光点进行模拟实验,验证了深度位置z与σ的线性关系。最后,将DPSV技术应用于射流流场,得到了三维速度分布。

提出双目视觉结合单帧多曝光技术的粒子轨迹测速(PSV)方法,通过长短曝光组合判断速度方向,采用灰度拟合法识别轨迹特征,并采用轨迹中心点进行速度计算以提高速度测量的准确性。该方法采用最邻近点匹配及倾斜角约束对同一颗粒的多段轨迹进行匹配与排序,利用极线约束对轨迹特征点进行双目匹配,对三维重建后的特征点进行B样条拟合以计算粒子的三维速度,而多曝光粒子轨迹法可以降低双目匹配的难度。形成了双目多曝光PSV的实验系统及相应图像处理流程。采用发光小孔进行了不同三维速度下的验证实验,分析了不同轨迹特征点选择对速度测量结果的影响。结果表明,利用轨迹中点计算速度,得到的平均相对误差小于4.2%,同时其标准偏差较小,故采用轨迹中点相较于采用轨迹端点的速度计算方法更优。并对一射流流场进行了实测,结果表明此方法能够可靠地用于三维流场测量。

用隔行扫描摄像机采集到的运动物体单帧变形条纹测量三维位移和速度.该方法将一帧变形条纹分成两个单场, 利用傅里叶变换轮廓术重建三维面形, 从单场条纹的调制度中提取二值化模板, 计算质心获得亚像素匹配定位点, 通过双三次插值和标定, 实现了一个场周期时间内三个维度上的位移和平均速度的测量.匀速运动物体实验结果表明：被测速度的最大绝对误差为0.6 mm/s, 相对误差为0.57%.该方法仅用一帧变形条纹即可测量运动物体的三维位移和速度, 提高了时间分辨率和测量准确度.

小颗粒物质在自然界广泛存在且在工业生产中具有重要应用，应用数字全息技术对其进行三维研究具有重要的科学意义及实用价值。系统地对数字颗粒全息技术及其应用进行了综述,具体包括基于光散射理论、衍射理论的颗粒全息图形成及其条纹特性，颗粒全息图的数字重建方法、颗粒识别、定位以及颗粒匹配，数字全息在颗粒场中测量颗粒粒径、三维位置、形貌和三维速度的应用。数字全息作为一种三维测量技术，在颗粒场测量中具有广阔的应用前景。

激光多普勒技术(LDV)已经得到了广泛的应用,成为非接触测量速度场的重要工具.差动式LDV成为激光多普勒测量技术的标准以来,由于各种限制条件,一般不能直接利用正交LDV测量三维速度.而必须使用非正交LDV系统先测量得到非正交的三维速度,然后通过变换方程求得正交三维速度.通过理论分析,非正交LDV技术测量三维速度得到的一些结论对实际测量具有指导作用.

研究一种采用频移分离方法的新型三维激光多普勒测速仪(3DLDV).该仪器以单色He-Ne激光器和单只光电探测器并配合简单的光学发射和接收系统即实现了三维速度分量的同时测量.三个分量的速度信号由声光调制器引入的三种光学颁移区分，通过电子滤波器完成信号的相互分离.在光学发射系统设计中采用独特的单轴四光束结构，通过光束组合形成三组双光束差动模式的激光多普勒测速仪光路.本文中还给出了该仪器的系统设计参数并分析了轴向分量的测量精度.