Разработка и реализация алгоритмов расчета скорости движения и ускорения частиц на основе оптической триангуляции их траекторий

Аннотация

Работа посвящена разработке и реализации математического метода отслеживания трехмерных траекторий трассерных частиц в потоке при регистрации их изображений с различных ракурсов при многократном освещении. Работа включала две части – применение метода для анализа изображений, синтезированных по известным траекториям (виртуальных) частиц, с целью оценки точности и достоверности восстановления траекторий. На втором этапе реализованный метод был применен для анализа базы данных изображений, полученной ранее для затопленной закрученной струи с трассерами, освещаемой импульсным лазером. Конечной целью работы являлось повышение пространственного разрешения при определении скорости частиц трёхмерными оптическими методами анемометрии с целью увеличения точности оценки градиента скорости частиц. Как показывают публикации последних лет, это позволяет бесконтактно оценивать поле давление в потоке с приемлемой точности.
В процессе выполнения работы реализована комплексная программа, включающую в себя ряд автоматизированных математических процедур, включая: пространственную калибровку ориентации камер с использованием «мишени», поиск трассерных частиц на изображениях камер и уточнение их координат с подпиксельной точностью, триангуляцию положения трассеров в трехмерном пространстве с последующем уточнением их координат с использованием информации с различных изображений одновременно, предварительная оценка (предсказание) трёхмерного поля скорости группового движения частиц на первых итерациях, аппроксимация трехмерных траекторий гладкими функциями и др.
В результате на основе тестирования на синтетически полученных изображений показано значительное (практически на порядок) повышение точности определения положений частиц по сравнению с методом 3D анемометрии PTV (particle tracking velocimetry). Применение метода к данным эксперимента позволило многократно повысить точность пространственное разрешение метода по сравнению с 3D методом TomoPIV (Tomographic particle image velocimetry) и добиться возможности отслеживания траекторий до 80% частиц в потоке.

Дата присуждения	22 июн. 2021
Язык оригинала	русский
Учреждение	Новосибирский государственный университет
Руководитель	Владимир Михайлович Дулин (Научный руководитель)