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。

在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里, 光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理, 提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数, 通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分布的函数。求解过程中首先通过高斯-牛顿法进行迭代, 然后再通过最小二乘法进行最优解估计。文中先通过仿真分析, 对比了文中算法与传统算法的优劣, 进一步通过实验验证该方法相对于传统方法的优势。实验结果表明: 基于文中算法光斑质心提取精度为0.125 3个像素; 此时角度传感器的测角精度为0.172 3″, 优于传感器技术要求的0.25″。文中算法对噪声、对比度、光斑的长宽比和大小的综合性能优于传统算法, 实验结果稳定可靠, 满足角度传感器使用要求。