用于层析粒子图像测速的模拟粒子场成像

对层析粒子图像测速(PIV)技术中示踪粒子成像部分进行理论分析,并结合真实风洞的相应参数,通过搭建模拟粒子成像平台的方法来进行研究。设计了一套体积为80 mm×100 mm×100 mm的激光照明系统,以提供粒子场的入射光强。建立了示踪粒子的三维成像模型,从而得到层析PIV系统的模拟图像。分析了影响PIV系统成像质量的相关因素。在单像素粒子数为0.007 7的情况下,通过真实粒子图像和模拟粒子图像比较,验证了该方法的正确性。     

多光谱成像的粒子图像测速

基于时间分辨的粒子图像测速技术(time-resolved particle image velocimetry, TR-PIV)是一种广泛应用的非接触式二维瞬时流场可视化测量技术。为了得到流场精细的瞬态空间结构和演变过程,提出了一种利用多光谱成像技术来提高流场测量的时间分辨率的方法。利用多个不同波长的脉冲激光照明流场中的同一测量区域,使用多光谱成像系统采集不同波长的粒子图像,经过图像分离,判决计算产生速度矢量场。为了验证这一原理的可行性,使用三种不同波长(488,532和632.8 nm)的单色光谱脉冲搭建了一套基于多光谱成像的TR-PIV系统,通过多波长激光脉冲之间时序的精确控制,将两帧图像之间的时间间隔从10 ms缩短至3.4 ms,时间分辨率提高了3倍。结果表明基于多光谱的TR-PIV测量系统在保持PIV技术瞬时全场测量特点的同时,时间分辨率大为提高。     

基于离焦成像的粒子轨迹测速

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5μm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.     

用于彩色光照粒子图像测速的粒子场模拟成像

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...     

基于正向投影面积法的层析粒子图像测速权重系数计算方法

三维重建是层析粒子图像测速(PIV)中重要的一步,重建过程中的权重系数计算通常较为繁琐。基于此,提出一种层析PIV快速权重计算方法——正向投影面积(FPA)法,即将离散体素投影在相应像元上的面积作为权重系数计算的方法。首先,基于针孔相机模型构建三维空间内粒子多视角投影成像仿真程序,生成仿真图片用于方法分析与验证;其次,将FPA方法结合目前主流重建算法开展三维重建精度和耗时分析。结果表明,当用于本研究所述测量区域重建时,相比于传统后向方法与亚网格法权重系数计算方法,FPA法的权重矩阵元素个数分别降低了大约3个和1个数量级,计算时间分别减少了97%与85%,相应地降低了计算机的内存占用,且FPA法与传统后向方法所计算的权重矩阵的平均相似度高于0.9974。在常用实验粒子数分数(p_ppp=0.05)下,该方法结合目前主流重建算法的重建精度可达0.8以上。同时基于仿真图片分析了相机最佳采集角度以及实验相机噪声对重建结果的影响,结果表明,在实验噪声条件下重建结果仍然满足三维流场重建的要求。     

基于MDA法计算水雾粒子红外隐身粒径

水雾隐身技术是一种较为理想且经济适用的目标特征信号控制技术。本文从辐射传输方程出发,考虑水雾粒子的本身辐射和散射,提出以红外表观透射率评价水雾粒子的红外隐身性能。应用Modified Differential Approximation(MDA)法结合MIE理论,计算了水雾粒子红外表观透射率随水雾粒子浓度和粒径的变化关系,得到水雾粒子最佳红外隐身粒径。结果表明:水雾粒子的红外表观透射率随粒子浓度的增加而减小,但当粒子的浓度增加到一定值时,红外表观透射率基本保持不变;水雾粒子的红外表观透射率随粒径的增加先减小后增大,当探测波段为3～5μm时,水雾粒子的最佳红外隐身粒径为6μm;而探测波段为8～12μm时,水雾粒子的最佳红外隐身粒径为12μm。     

乙醇喷雾场粒子尺寸和速度的数字全息测量

利用连续波激光器和高速CCD,采用数字同轴全息系统,记录了乙醇喷雾粒子场全息图.对粒子场再现像进行聚焦像合成,自适应滤波、二值化、Roberts边缘提取,Hough变换和亚像素精度计算,得到粒子的直径和位置信息.利用两次曝光记录的两个序列全息图得到粒子位移,进而求得粒子的运动速度,给出了实验结果.研究结果表明,该实验系统可用于内燃机喷雾场测量,且具有光路系统简单、成本低等特点.     

基于粒子成像测速技术的水中气泡界面的光学性质研究

基于粒子成像测速的流体可视化技术，根据菲涅耳公式计算了入射到水中气泡界面的光强，得出点光源连续两次反射或折射的光强具有等比数列的规律，光线在气泡界面反射、折射4次就变成完全偏振光且光线几乎消失.当入射角避开35°左右时，即便有一定宽度的线光源入射到气泡界面，第2次折射出气泡的光强与线光源的宽度无关，类似一条光线入射所产生的光强，给出了面光源在界面所产生的光强的二重积分表达式.线光源所产生的界面光强理论值、面光源产生的光强数值解与实验值都较为符合. 关键词： 水中气泡 界面 光强 粒子成像测速     

激光多普勒测速中散射粒子的大小对信噪比的影响

采用双光束干涉条纹模型,用光散射理论分析了激光多普勒测速中球形散射粒子的大小对散射光信噪比的影响。用数值解法求得了信噪比随散射粒子半径变化的曲线。仅从穿过测控区时光信号的信噪比这一方面考虑,结论是:粒子半径的取值不应大于干涉条纹宽度的0.35倍。     

高速数字全息测量乙醇喷雾火焰中液滴三维位置、粒径及蒸发率

喷雾蒸发燃烧的研究对指导发动机燃烧系统设计具有重要意义。本文搭建了高速数字全息系统,在线测量乙醇喷雾火焰中液滴的粒径、三维位置、速度及蒸发率。对喷雾火焰中的液滴进行了统计分析,得到液滴粒径及三维空间分布。燃烧喷雾场液滴的平均粒径为68μm;非燃烧火焰测试区液滴数量多且较密集,燃烧火焰测试区液滴数量少且稀疏.追踪单液滴并处理得到湍流火焰中液滴的运动轨迹及速度。通过研究粒径的平方D2随停留时间ts的变化,测得液滴平均蒸发率为-3.343×10-7 m2/s.     

Digital optical particle sizing instrument based on Chin-Shifrin inversion

In this paper, a new optical particle-sizing instrument is presented for determination of particle sizes from 1 to 100 μm. Based on the Chin-Shifrin inversion method and digital image processing, the new system gives very accurate results for a calibrated testing sample and industrial cement particles.     

Design of a PXR experiment based on the NCEL

Parametric X-ray Radiation （PXR） can be used as a novel, quasi-monochromatic energy-tunable and high-yield X-ray source. It is produced at the Bragg angle by a relativistic electron beam passing through the periodic structure of crystal materials. This article concerns the PXR experiment using low energy electrons （10 MeV） from NCEL （Novel Compact Electron-Linac）. The difficulty of the experiment is to distinguish the PXR photons form the background. The design of the experiment relies mainly on the yield of PXR, the Bremsstrahlung background of the X-rays and the capability of the detector.     

含噪动态光散射测量数据反演中正则化算法与Chahine算法的比较

采用两种常用的粒度反演方法——正则化和Chahine算法,对90nm与250nm单峰分布、50nm与200nm双峰分布、100nm与300nm双峰分布的模拟动态光散射数据,以及105nm、300nm标准颗粒的实测动态光散射数据进行了反演分析.结果表明:噪声水平的高低是影响粒度分布反演准确性的关键因素之一,反演结果的准确性随噪声水平的增加而降低,噪声水平超过某一阈值后,将无法得到有意义的反演结果;不同反演方法具有不同的抗噪能力,在低噪声水平下反演结果无显著差别,随着噪声水平的增加,反演结果表现出很大差异;正则化方法通过正则参数的选择可以有效抑制噪声影响,表现出强于Chahine算法的抗噪能力;与Chahine算法相比,正则化方法不需要假定初始分布,因此,在噪声较大的实验或生产过程中进行颗粒分布测量时,宜采用正则化方法.     

非独立模式算法下粒径分布反演及分类的研究

在光全散射法颗粒粒径测量中,提出一种非独立模式算法下粒径分布反演及分类的方法。对被测颗粒系分别按照不同的粒径分布函数同时进行反演,并依据反演误差大小判断被测颗粒系符合哪种分布函数。仿真实验结果表明,在非独立模式下,完全可以利用已知的不同分布函数的反演误差作为分类依据,从而更准确地确定被测颗粒系的粒径分布。采用的遗传反演算法能够在3个可见光波长下得到较准确的粒径分布,反演结果稳定可靠,最大限度地减少了多个波长的使用,从而对光源有更大的选择余地。对透射消光测量结果加入5%随机噪声时,单峰分布颗粒系的反演误差小于5%,多峰分布颗粒系的反演误差小于10%。整个算法运行时间小于2 s。该方法具有原理简单,计算速度快等优点,能够满足颗粒粒径在线测量的要求。     

RS码仿真与基于RiBM算法的硬件实现

分析了里德-所罗门码（RS码）的误码率性能,提出了一种基于RiBM算法的RS（15,9）译码器。该译码器采用流水线结构,通过RiBM算法求解关键方程,在此基础上将高斯加性白噪声（AWGN）引入光纤模拟大气激光通信系统,并在现场可编程门阵列（FPGA）平台上完成了测试。测试结果表明：提出的译码器译码速率达到1.11 Gbit/s,为Altera IP核的3.54倍。RiBM算法具有硬件复杂度低、关键路径延时短的优点,能满足系统译码的要求。     

基于光谱技术和连续投影算法的润滑油品牌快速鉴别研究

为了实现润滑油品牌的快速无损检测,提出了一种基于可见/近红外光谱透射技术与连续投影算法相结合的润滑油品牌快速鉴别新方法。采用连续投影算法对6种润滑油的可见/近红外光谱数据进行波长变量的筛选,再结合偏最小二乘法建立润滑油品牌的鉴别模型。结果表明,鉴别模型的相关系数r为0.9721,预测均方根误差RMSEP为0.4055,鉴别正确率为91.7%。说明提出的连续投影算法结合偏最小二乘算法具有很好的预测效果。     

基于微粒群区域搜索和小波评价的差分式自动聚焦

为进一步提高图像法自动聚焦的性能,提出了一种差分式提取图像边缘的方法,并构造了图像清晰度的小波评价函数,同时利用微粒群（PSO）算法对聚焦区域进行快速搜索。首先,介绍了差分式边缘提取方法及其优势,给出了一种评价区域的选取判据以及基于PSO的高效搜索方法;然后,对小波评价函数参数进行了比较分析和优选;最后,与传统方法进行了对比实验。结果表明,由于采用了差分式提取方法以及新的自适应聚焦窗口和评价函数,聚焦曲线较传统方法具有更高的调焦分辨率,PSO算法的使用使聚焦速度提高了约170 ms,聚焦精度约为2.3μm,同时调焦效果不受初始位置的影响。     

Image encryption based on extended fractional Fourier transform and digital holography technique

We present a new optical image encryption algorithm that is based on extended fractional Fourier transform (FRT) and digital holography technique. We can perform the encryption and decryption with more parameters compared with earlier similar methods in FRT domain. In the extended FRT encryption system, the input data to be encrypted is extended fractional Fourier transformed two times and random phase mask is placed at the output plane of the first extended FRT. By use of an interference with a wave from another random phase mask, the encrypted data is stored as a digital hologram. The data retrieval is operated by all-digital means. Computer simulations are presented to verify its validity and efficiency.     

基于超声回波重组相位分析的颗粒粒径测量方法

将超声波作用于沉降的颗粒时,由于颗粒的移动,超声回波会出现相位差异。该文通过对测量杯中某一确定深度处的回波信号进行相位分析和重组,发现重组后信号的频率可以计算出粒径;并分别对两种不同粒径分布的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球悬浮液进行了超声波信号采样重组和去噪的实验,实验结果经小波时频方法分析后,证实了颗粒粒径分布与重组信号频率构成的确存在很高的相关性。     

CO_2探测仪星上定标铝漫反射板的制备与试验

为了研制CO2探测仪定标漫反射板,采用物理研磨和化学腐蚀相结合的工艺方法制作了铝漫反射板试验样块,搭建了相对双向反射分布函数和半球反射率的测试装置。在0°和45°入射光的情况下,对可见近红外波段的测试结果表明：表面粗糙度影响铝漫反射板的朗伯特性,240#研磨砂制作的漫射板的朗伯特性最佳;化学腐蚀不仅能提高铝漫反射板的朗伯特性,也能提高铝漫反射板的半球反射率。当选取碱蚀温度为室温20℃、NaOH溶液浓度为52.6 g/L时,最佳腐蚀时间约为4 min;镀膜使铝漫反射板的半球反射率平均提高20%,但会使其朗伯特性稍变差;不同波长处铝漫反射板的相对双向反射分布函数略有不同,但变化趋势相同。实验确定了影响漫反射板漫反射特性的关键参数,并定量优化了这些工艺参数,为进一步研制CO2探测仪星上定标漫反射板提供了依据。