【摘要】：高超聲速飛行器在未來軍事、政治和經(jīng)濟(jì)中將發(fā)揮重要的戰(zhàn)略作用,已成為各國搶戰(zhàn)空間戰(zhàn)略優(yōu)勢的利器。高超聲速風(fēng)洞作為高超聲速流場測量研究的理想平臺受到各國的高度重視,測量技術(shù)能否準(zhǔn)確地測量高超聲速流場成為了高超聲速技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。由于高超聲速流場的非定常特性,對測量技術(shù)提出了很高的要求。粒子圖像測速法(Particle Image Velocimetry,PIV)自誕生以來,廣泛應(yīng)用于高速流場測量中。PIV圖像處理技術(shù)涉及PIV圖像處理算法和PIV圖像處理系統(tǒng),具有非常重要的理論意義和實際意義。本文對PIV圖像實時處理技術(shù)進(jìn)行了研究,具體研究工作如下:(1)針對當(dāng)前PIV測量技術(shù)采用PC作為處理平臺而導(dǎo)致的實時性不足問題,本文對PIV圖像實時處理技術(shù)進(jìn)行了研究,并開發(fā)了一套PIV圖像實時處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r處理流場圖像,圖像處理速率最高可達(dá)100fps,數(shù)據(jù)傳輸帶寬最高可達(dá)10.24Gbps。(2)針對PIV圖像的實時處理需求,設(shè)計了一套基于FPGA+2DSP架構(gòu)的PIV圖像處理硬件平臺。該平臺以FPGA芯片作為控制核心,DSP芯片作為處理核心,顯示單元作為人機(jī)交互核心。相較于傳統(tǒng)平臺,大幅提高了傳輸速率和處理速率。(3)針對PIV圖像處理硬件平臺的特點,設(shè)計了PIV圖像處理平臺固件系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了CameraLink數(shù)據(jù)的接收,DDR3的圖像數(shù)據(jù)高速緩存,Switch芯片的配置,SRIO高速數(shù)據(jù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)通信傳輸?shù)取Ｗ詈髮Ω鞴碳幽K進(jìn)行了實驗驗證,實驗結(jié)果表明各子模塊工作正常,數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確率高達(dá)99%。(4)針對PIV圖像處理系統(tǒng)的算法實時處理需求,設(shè)計了預(yù)處理算法固件系統(tǒng)和流場估計算法固件系統(tǒng)。前者采用高斯濾波算法消除圖像噪聲,流場估計算法實現(xiàn)了互相關(guān)算法和光流算法的實時處理。針對預(yù)處理算法固件系統(tǒng)和流場算法固件系統(tǒng)分別設(shè)計了實驗,結(jié)果表明預(yù)處理固件系統(tǒng)能夠有效去除圖像噪聲,流場算法固件系統(tǒng)能夠?qū)崟r計算出流場的速度矢量圖和幅值矢量圖,處理速率高達(dá)100fps。
【圖文】：

(a) (b)圖 4-10 真實流場圖片處理前后對比。(a) 處理前圖片，(b) 處理后圖片真實流場圖片預(yù)處理實驗的實現(xiàn)流程和模板圖片預(yù)處理實驗是一致的，差別僅僅在于 CameraLink 數(shù)據(jù)生成板卡上存儲的圖片是真實圖片。圖 4-10 為預(yù)處理前后的對比。由圖 4-10 可以看出，經(jīng)過預(yù)處理后，圖片中的高斯噪聲已被消除，證明了預(yù)處理模塊能夠有效地去除 PIV 圖像中的高斯噪聲。4.4 本章小結(jié)本章首先介紹了圖像預(yù)處理算法對 PIV 圖像處理系統(tǒng)的意義，，本設(shè)計根據(jù)預(yù)處理的要求選擇了高斯濾波算法作為圖像預(yù)處理算法；根據(jù)所選的預(yù)處理算法進(jìn)行了固件設(shè)計，針對預(yù)處理固件架構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；最后分別設(shè)計了模板圖片實驗和真實圖片實驗對整個預(yù)處理算法固件模塊進(jìn)行了驗證，實驗結(jié)果表明預(yù)處理算法模塊能夠?qū)D像中的高斯噪聲進(jìn)行有效處理，顯著地提高了 PIV 圖像的圖像質(zhì)量，為 PIV 圖像的后續(xù)算法處理打下了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;O35

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2632164