[发明专利]一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法

说明书

本发明提供一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法，所述构建方法包括如下步骤：(1)采用经标定的呈垂直设置的两台高速相机对气固两相颗粒射流进行记录，得到原始数据；(2)所述原始数据经颗粒识别，得到两台高速相机的识别结果；基于所述识别结果进行颗粒帧间跟踪匹配，得到两个视图的二维图像中的颗粒信息；(3)将第一视图和第二视图的所述颗粒信息进行三维匹配，筛选出最终匹配的颗粒信息，得到时间分辨的颗粒3D轨迹，完成4D流场的构建。本发明所述方法仅需要两台相机进行拍摄记录即可完成4D流程的重建，成本显著下降，且算法流程更加简单，应用前景更加广阔。

技术领域

本发明涉及气固两相流技术领域，尤其涉及一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法。

背景技术

时间分辨的三维颗粒流场重建也叫颗粒流的4D流场重建。颗粒流场的三维重建是气固两相颗粒射流研究的重难点。目前，气固两相颗粒射流实验中颗粒流场的研究主要限于二维，时间分辨的三维颗粒流场重建研究有待突破。所需相机多，激光设备昂贵，重建算法复杂等因素制约着其发展。

目前，关于颗粒流的4D流场重建的研究较少。国际上，Schanz等人提出了一种STB方法(参见“Shake-The-Box:Lagrangian particle tracking at high particle imagedensities”，Schanz等，Experiments in Fluids，2016.57(5))。

Tan等人在其基础上发展了一种OpenLPT方法(参见“Introducing OpenLPT:newmethod of removing ghost particles and high-concentration particle shadowtracking”，Tan等，Experiments in Fluids，2020.61(2))。

Bourgoin等人使用射线遍历进行三维粒子匹配(参见“Using ray-traversalfor3D particle matching in the context of particle tracking velocimetry influid mechanics”，Bourgoin等，Review of Scientific Instruments，2020.91(8))。

然而这些方法往往需要3～4台相机进行拍摄才能完成颗粒流的4D流场重建，算法也较为复杂。

因此，需要开发一种设备成本低且算法较为简单的4D流场重建方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法，该方法使用拍摄角度呈垂直设置的两台相机拍摄气固两相颗粒射流，得到两组时间序列的颗粒流场二维图像，通过图像分析得到三维颗粒流场中每一个颗粒的拉格朗日跟踪匹配，设备成本低且算法简单，为4D流场构建提供新的思路。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法，所述构建方法包括如下步骤：

(1)采用经标定的拍摄角度呈垂直设置的两台高速相机对气固两相颗粒射流进行记录，得到原始数据；

(2)所述原始数据经颗粒识别，得到两台高速相机的识别结果；基于所述识别结果进行颗粒帧间跟踪匹配，得到两个视图的二维图像中的颗粒信息；

(3)将第一视图和第二视图的所述颗粒信息进行三维匹配，筛选出最终匹配的颗粒信息，得到时间分辨的颗粒3D轨迹，完成4D流场的构建。