【摘要】：背景紋影技術(shù)(Background oriented schlieren,BOS)是一種新穎的流動(dòng)顯示技術(shù),它具有裝置簡(jiǎn)單、成本較低、可以定量測(cè)量、能夠?qū)崿F(xiàn)瞬態(tài)測(cè)量、適合大視場(chǎng)測(cè)量、適合在復(fù)雜環(huán)境中測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),是目前流動(dòng)顯示顯示領(lǐng)域的熱門技術(shù)之一。本文提出了一種基于FFT相位提取的BOS技術(shù),并利用它對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行流動(dòng)顯示。還設(shè)計(jì)了 LED陣列背景板和多尺度小波噪聲背景圖像,并針對(duì)這兩種背景圖像的特點(diǎn),并分別利用點(diǎn)識(shí)別算法和光流算法處理這兩種背景圖像,來提取圖像點(diǎn)位移。本文提出的背景紋影裝置測(cè)量流場(chǎng)所得到的圖像點(diǎn)位移數(shù)據(jù)可以用來重建流場(chǎng)的三維密度場(chǎng)。本文研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:第一,針對(duì)目前的背景紋影裝置做出改進(jìn),將背景板換成了 LED陣列背景板,用點(diǎn)識(shí)別算法對(duì)這種背景板的背景圖像進(jìn)行處理,提取圖像點(diǎn)位移。從理論上分析了多個(gè)參數(shù)對(duì)背景紋影裝置靈敏度的影響,并通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。第二,設(shè)計(jì)了多尺度小波噪聲背景圖像,介紹了金字塔L-K光流算法原理,用金字塔L-K光流算法對(duì)該種多尺度小波噪聲背景圖像進(jìn)行處理,提取圖像點(diǎn)位移,利用基于金字塔L-K光流算法的BOS裝置對(duì)熱風(fēng)槍噴出的流場(chǎng)進(jìn)行流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)。第三,提出了基于FFT相位提取的BOS技術(shù),并做了數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證該技術(shù),用基于FFT相位提取的BOS裝置對(duì)熱風(fēng)槍噴出的流場(chǎng)進(jìn)行了流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)。
【圖文】：

１．３背景紋影技術(shù)逡逑１．３．１背景紋影技術(shù)的發(fā)展逡逑如圖１．６所示，為背景紋影裝置原理圖。背景紋影技術(shù)和其它紋影技術(shù)一樣，逡逑都是基于光線的偏折來確定流場(chǎng)折射率（或者密度）的變化。光線通過待測(cè)流場(chǎng)逡逑后會(huì)偏離原來的路徑，入射到ＣＣＤ相機(jī)成像芯片上的位置會(huì)發(fā)生改變，這就會(huì)逡逑造成有待測(cè)流場(chǎng)時(shí)ＣＣＤ相機(jī)采集到的背景圖像和沒有流場(chǎng)時(shí)的不同（如圖１．７逡逑中ａ和ｂ所示），通過圖像處理可以求得圖像點(diǎn)位移，繪制出位移矢量圖（如圖逡逑１．７中ｃ所示），然后就可以求出待測(cè)流場(chǎng)的折射率或者密度。逡逑Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ邋ｐｌａｎｅ邐Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ邐ｉ邋？ｎＱ邋ｆ逡逑ｄｅｎｓｉｔｙ邐＾邐ｉｍａｇｅ逡逑＾邐ｐｌａｎｅ逡逑Ａ邐Ａ逡逑ＪＢｔ邐邐邐ｙ邐—？Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋Ａｘ逡逑／ｉ邋￣￣邐ｐ邐＊邋Ｉ逡逑圖１．６背景紋影裝置原理圖Ｐ３］逡逑ＨＨＤ逡逑（ａ）沒有流場(chǎng)時(shí)拍攝的背景圖案（ｂ）有流場(chǎng)時(shí)拍攝的背景圖案（ｃ）位移矢量圖逡逑圖１．７邋Ｒａｆｆｅｌ等實(shí)驗(yàn)中獲得的背景圖像以及位移矢量圖逡逑２000年４月，Ｄａｌｚｉｅｌ等人［３４］提出了幾個(gè)新型紋影和莫爾技術(shù)，他們將其命逡逑名為“合成紋影”（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）技術(shù)。這些技術(shù)的共同點(diǎn)是傳統(tǒng)光學(xué)裝置逡逑中的一部分被數(shù)字圖象處理所取代。其中的點(diǎn)追蹤折光法（Ｄｏｔ邋Ｔｒａｃｋｉｎｇ逡逑Ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ）幾乎等同于背景紋影技術(shù)，他們利用該技術(shù)對(duì)振蕩圓柱產(chǎn)生的內(nèi)逡逑波場(chǎng)進(jìn)行了研宄，為背景紋影技術(shù)的建立奠定了基礎(chǔ)。如圖１．８所示，為Ｄａｌｚｉｅｌ逡逑等人利用點(diǎn)追蹤折光法得到的位移矢量圖。同年５月

紋影技術(shù)的理論，并利用該技術(shù)對(duì)懸停飛行中直升機(jī)的葉尖渦旋進(jìn)行了流動(dòng)顯示，逡逑驗(yàn)證了其可行性。Ｅｌｓｉｎｇａ等人［３６］、Ｐｏｐｏｖａ［３７］和Ｈａｒｇａｔｈｅｒ等人［３８］研宄了背景紋逡逑影技術(shù)的精度，并提出了一些改善精度的方法。如圖１．９所示，為Ｅｌｓｉｎｇａ等人逡逑在超音速風(fēng)洞中研究普朗特－邁爾理論時(shí)利用背景紋影技術(shù)得到的位移矢量圖及逡逑密度梯度分布圖。Ｙｅｖｔｉｋｈｉｙｅｖａ等人研宄了各種參數(shù)對(duì)背景紋影技術(shù)測(cè)量靈敏逡逑度和分辨率的影響，并給出了幾個(gè)建立背景紋影裝置的指導(dǎo)公式。逡逑R誛 逡逑ｒ：：品Ｐ始：廠逡逑ｉａｓ—？ｗ：邋Ｍ逡逑圖１．８邋Ｄａｌｚｉｅｌ等人得到的位移矢量圖［３４］逡逑■１｜２0邐ｍｉ邋ｉ．ｔ逡逑ｗ／ＰｌｖｐＨ邐｜１Ｓ邐Ｐ／Ｐ，？邐國(guó)１0５逡逑畫畫逡逑■邋■‘邐：邐：邐：邐：邐：邐＿。７逡逑0邋0邐？邐？邐？邐１邐１—邐ｃｃ逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０邋Ｈ２邐０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐Ｍ０６５逡逑Ｘ（ｍｍ）邐■0邐Ｘ0ｎｍ＞邐Ｈ0．６逡逑圖１．９邋Ｅｌｓｉｎｇａ等人得到的位移矢量圖及密度梯度分布圖Ｍ逡逑背景紋影技術(shù)能提供直觀、形象的紋影圖像，進(jìn)行流動(dòng)顯示。同時(shí)，背景紋逡逑影技術(shù)也是基于圖像處理技術(shù)的，減少了測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)裝置，，可以進(jìn)行定量測(cè)逡逑量。這些優(yōu)點(diǎn)促使其在越來越多的場(chǎng)景中應(yīng)用，尤其是在惡劣的工業(yè)環(huán)境和復(fù)雜逡逑的試驗(yàn)環(huán)境中。２０００年
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN27

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2604937