[发明专利]一种测量粒子速度的方法

权利要求书

1.一种测量粒子速度的方法，其特征在于：使用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统拍摄流场粒子图像，并利用粒子图像灰度自相关来测量粒子速度。

2.根据权利要求1所述的测量粒子速度的方法，其特征在于：利用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统获得流场两次曝光形成的具有灰度差异的粒子图像，经数字图像处理技术预处理后，在划分的小区域内由不同宽度的激光片光脉冲照射下的粒子像点灰度总和的内在相关性实现同一粒子两次曝光对应粒子像点的配对，根据两粒子像点位置信息和灰度总和的差异得到粒子的速度矢量，从而获得整个流场的速度信息。

3.根据权利要求1所述的测量粒子速度的方法，其特征在于：包括：

(1)根据待测流场的流速快慢、流场内粒子大小和密集程度以及测量分辨率等具体情况设定测量所用两次曝光照明激光片光脉冲宽度即相机两次曝光时间t1和t2、相机快门开启持续时间T、激光片光脉冲间隔时间Δt和决定激光片光脉冲光强I的激光器输出功率P；

(2)使用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统先后发射两束具有相同光强不同脉宽的激光片光脉冲照明流场，相机伴随激光脉冲进行两次曝光，获得一幅具有灰度差异的粒子图像，输入计算机；

(3)针对不同流场特性采用合适的平滑和去噪等数字图像处理技术对粒子图像作预处理，去除图像中的背景和其它噪声影响，改善图像质量；

(4)对粒子图像作边缘检测，区分出图像上的各个粒子像点，获得各个粒子像点的位置信息x和y和面积大小S，再结合预处理后粒子图像获得各个粒子像点对应的原始灰度总和信息G；

(5)根据流场粒子密集程度以及测量分辨率的要求调整并设定小区域划分的大小；

(6)将小区域内粒子像点替换成相同大小、相同灰度的粒子像点，对小区域作二维快速傅立叶变换运算，由得出的自相关峰值获得区域流场相对位移，结合各个粒子的两次曝光粒子像点灰度总和比值(G₁/G₂)与激光片光脉冲宽度比值(t₁/t₂)的内在关系，粒子像点面积大小比值(S₁/S₂)与激光片光脉冲宽度比值(t₁/t₂)内在关系及小区域内粒子速度相似性的条件，在小区域内实现同一粒子两次曝光粒子像点的配对；

(7)根据配对粒子像点的位置信息获得粒子位移，结合两次曝光激光片光脉冲间隔时间，根据二维速度计算公式v=(y2-y1)2+(x2-x1)2Δt]]>得到粒子速度大小，根据各粒子的成对两粒子像点不同灰度总和获得粒子速度方向，统计所有小区域内各粒子速度矢量获得整个流场的速度信息

4.根据权利要求3所述的测量粒子速度的方法，其特征在于：还包括：将获得的整个流场速度信息以图像形式显示在计算机屏幕上，或由打印机打印输出。

5.根据权利要求3所述的测量粒子速度的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的两次曝光照明激光片光脉冲宽度即相机两次曝光时间t₁＝5ms和t₂＝10ms，相机快门开启持续时间T＝130ms，激光片光脉冲间隔时间为Δt＝100ms，激光器输出功率P＝100mw。

6.根据权利要求3所述的利用粒子图像灰度自相关测量粒子速度的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的粒子图像划分的小区域大小为64像素×64像素。