粒子示踪测速技术原理与应用PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1引言 1

1.2粒子图像测速技术 4

1.2.1粒子图像测速技术基本原理 5

1.2.2粒子图像测速技术分类 5

1.2.3 PTV系统的组成 7

1.2.4典型PTV系统示例 14

第2章 数字图像基础 16

2.1图像的基本概念 16

2.1.1图像的定义 16

2.1.2图像的分类 16

2.1.3数字图像的基本参数 17

2.2数字图像采集方法 20

2.2.1数字照相机 20

2.2.2数字摄像机 26

2.2.3 模拟摄像机+计算机图像采集卡 28

2.3数字图像存储方法 31

2.3.1存储器 31

2.3.2文件存储格式 32

2.4数字图像处理基础 37

2.4.1图像增强与平滑 38

2.4.2图像分割 42

2.4.3图像边缘检测与提取 45

2.4.4图像几何参数计算 46

第3章 数字图像编程基础 47

3.1图像编程概述 47

3.1.1图像编程内容与编程环境 47

3.1.2数字图像基础 48

3.1.3位图基础：DDB与DIB 49

3.1.4建立CDib类 52

3.2图像的显示、读取与存储 55

3.2.1设备上下文、调色板和灰度直方图 55

3.2.2图像的存取编程 57

3.2.3显示图像 60

3.3图像的二值化 62

3.3.1简单的灰度变换 62

3.3.2非零元素取一法 63

3.3.3固定阈值法 64

3.3.4双固定阈值法 65

3.4图像的阈值分割 67

3.4.1阈值分割概述 67

3.4.2直方图门限选择 68

3.4.3半阈值选择分割 70

3.4.4迭代阈值分割 71

3.5图像的轮廓提取 73

3.5.1轮廓提取概述 73

3.5.2轮廓提取法 74

3.5.3边界跟踪法 75

3.6图像测量 78

3.6.1图像区域标记 78

3.6.2 面积测量 83

3.6.3周长测量 84

3.6.4质心测量 86

3.7绘图基础 87

3.7.1创建自己的图像 87

3.7.2圆形 88

3.7.3矩形 91

3.7.4三角形 92

3.8模拟图像的数字化编程 98

3.8.1图像数字化设备 98

3.8.2图像采集卡编程 100

3.8.3示例 103

第4章PTV匹配算法的对比分析 105

4.1常用PTV匹配算法的原理 105

4.1.1单独研究单个粒子的PTV算法 106

4.1.2结合附近粒子研究单个粒子配对的PTV算法 108

4.2 PTV匹配算法的评价方法 120

4.2.1评价标准与评价方法 120

4.2.2标准图像 121

4.3常用PTV匹配算法的对比分析 123

4.3.1水平粒子流动 123

4.3.2波浪型粒子流动 128

4.3.3漩涡型粒子流动 134

4.3.4不同流场处理结果的讨论分析 138

4.4本章小结 139

4.4.1 PTV算法呈多样化趋势 139

4.4.2 不同的PTV算法的计算效率差异较大 139

4.4.3不同PTV算法的计算精度差异较大 141

第5章PTV误差分析 144

5.1 PTV误差概述 144

5.1.1主要误差来源 144

5.1.2 PTV误差分析方法 147

5.2镜头变形的校正 150

5.2.1试验方法和组次 150

5.2.2测量结果 151

5.2.3校正分析 153

5.3流速梯度引起的误差分析 155

5.3.1引言 155

5.3.2平均速度与均方根速度 156

5.3.3简单流动中误差估计 158

5.3.4明渠紊流测速的误差分析 158

5.3.5 小结 163

5.4浓度梯度引起的误差分析 163

5.4.1误差形式 163

5.4.2误差分析 165

5.4.3误差估计 167

5.4.4确定合适的窗口尺寸 169

第6章 单镜头平面二维PTV系统 171

6.1系统的组成 171

6.1.1硬件系统 171

6.1.2软件系统 172

6.2应用实例Ⅰ：泥沙颗粒的脉动特性 185

6.2.1实验系统与水流条件 185

6.2.2轻质沙的脉动特性 190

6.2.3玻璃砂的脉动特性 201

6.3应用实例Ⅱ：近壁区颗粒的运动特征 207

6.3.1引言 207

6.3.2 实验系统与水流条件 208

6.3.3颗粒的运动轨迹 213

6.3.4颗粒纵向运动速度分布 216

6.3.5 颗粒垂向运动速度分布 219

6.4明槽水流中颗粒运动的力学机理 221

6.4.1纵向受力 222

6.4.2垂向受力 222

第7章 多相机平面二维PTV系统 225

7.1引言 225

7.2硬件系统 226

7.2.1采集模块 227

7.2.2传输模块 227

7.2.3控制模块 228

7.3软件系统 228

7.3.1系统结构 228

7.3.2采集模块 229

7.3.3后处理模块 229

7.3.4标定模块 230

7.4系统特点 231

7.4.1时间同步 231

7.4.2示踪粒子 232

7.4.3局域网扩展 234

7.5三维表现 236

7.5.1流场数据的三维可视化表现 236

7.5.2流场可视化设置 237

7.5.3流速查询 238

7.5.4流场数据与三维场景的一体化表现 239

7.6多相机PTV系统应用 239

7.6.1三峡坝区泥沙模型试验 239

7.6.2连云港核电站泥沙模型试验 242

7.6.3上海洋山港模型试验 244

7.6.4株洲航电枢纽模型试验 246

7.6.5港珠澳大桥总体方案深化研究及工程物理模型试验 247

第8章 三维立体PTV系统 249

8.1引言 249

8.2系统组成及其特点 250

8.2.1系统组成 250

8.2.2采集数字图像序列 251

8.2.3粒子匹配 254

8.2.4摄像机标定及坐标转换 255

8.2.5测量精度及误差分析 259

8.3推移质颗粒平均运动规律 261

8.3.1试验方法 261

8.3.2试验条件 261

8.3.3颗粒的纵向速度 264

8.3.4颗粒摩擦系数 269

8.4推移质颗粒运动的紊动特性 270

8.4.1计算方法 271

8.4.2实测资料 271

8.4.3 颗粒的纵向紊动特性 273

8.4.4颗粒的垂向紊动特性 275

8.4.5颗粒的横向紊动特性 277

8.4.6推移层内的平均紊动特性 278

8.5推移质运动速度的概率密度分布 280

8.5.1概率密度分布沿垂向的变化 280

8.5.2概率密度分布的偏态系数和峰态系数 282

8.5.3概率密度分布平均特性的影响因素 285

8.5.4小结 289

8.6推移质单步运动的统计规律 289

8.6.1颗粒运动形式 289

8.6.2实测资料 290

8.6.3典型跃移颗粒单步运动分析 291

8.6.4单步运动参数的概率密度分布 293

8.6.5跃移速度的概率密度分布 296

8.6.6小结 299

参考文献 300