(a)原始图 (b)移动后的图像
图3.14 平移图像对
图3.15 平移速度场矢量图
利用本算法对这两幅图像生成的速度场进行测量,由于窗口尺寸必须大于16×3,取窗口的尺寸为50×50,步长为8×8,处理结果为24×24个速度向量,得到速度场。如图3.15所示,试验测得的速度场与实际情况高度吻合。根据测量结果,x方向的像素位移为15.97,标准偏差为0.058;y方向的像素位移为16,标准偏差为0.044。试验结果误差小于0.2%,与标准结果有良好的一致性。
为了验证算法的优化,作者同时利用改进的算法对平移粒子图像对进行了处理,以便进行比较。取窗口的尺寸为50×50,步长为8×8,利用两种算法分别对粒子图像进行处理,得到速度矢量图(如图3.16和3.17)。改进的相关算法处理得到的结果为,x方向的像素位移为16.00,标准偏差为0.068;y方向的像素位移为16.00,标准偏差为0.048。基于FFT的相关算法处理得到的结果为,x方向的像素位移为15.98,标准偏差为0.033;y方向的像素位移为16.00,标准偏差为0.029。显然,两者处理的结果并没有明显差异,但是改进的相关算法所需的计算时间为61.4s,而基于FFT的相关算法计算所需时间仅为2.9s。根据以上分析可知,基于FFT的相关算法在保证足够的准确度的基础上,大大的缩短了计算量,即计算时间。
图3.16平移速度场矢量图(基于FFT的相关算法)
图3.17平移速度场矢量图(改进的相关算法)
3.4.3 旋转试验
对标准射流图像1进行人工旋转,使其沿中心顺时针旋转1.5度,得到旋转速度场,如图3.18所示,图像大小都为255×255。
(a)原始图像 (b)旋转后的图像
图3.18 旋转图像对
图3.19 旋转速度场矢量图
利用本算法对这两幅图像生成的速度场进行测量,取窗口的尺寸为16×16,步长为8×8,处理结果为31×31个速度向量。如图3.19所示,速度场矢量图与已知的标准速度场是一致的。根据结果可求得粒子旋转的平均角度为1.48度,标准偏差为0.15,与标准结果基本一致。
综合验证性试验1和2的结果,证明本文中的DPIV算法所测得的速度场基本与理论速度场相符合,可用其对细水雾雾场的速度进行测量。
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