多普勒全场测速技术图像处理方法研究及系统实验测试

论文摘要

多普勒全场测速技术（DGV）是一种近些年发展起来的基于分子滤波原理和多普勒频移现象的流速度场测量技术。DGV对示踪粒子散射能力要求低，数据处理方法简单，在超高速流场、大尺度风洞流场测量方面优势明显。本论文研究的目的是搭建一个DGV测试系统，研究DGV图像处理的方法，开发有效可行的图像处理计算机程序，对自行开发的DGV系统进行实验测试，对所开发的系统硬、软件性能进行评价。论文首先介绍了DGV技术的研究背景、发展历史和主要研究成果，对DGV测试原理和典型的系统组成进行了比较详细的说明。然后对DGV图像处理方法和相关计算机程序开发进行论述。DGV图像处理过程主要包含背景去除、灰度校正、几何校正三个部分，背景去除能够有效滤除实验环境中的一些散射和反射光对实验激光的干扰，灰度修正消除了不同相机之间感光度和光路不同对实验结果的影响，通过图像几何校正来纠正了不同相机中测试流场区域不规则的几何形变。研究中针对自行搭建的DGV实验系统开发了系统操作软件平台，编写了图像处理和数据处理的计算机程序，所开发的计算机程序经测试运行良好。在DGV系统实验测试部分，完成激光器和各种光学器件的性能测试工作，研究了温度对碘分子滤波器透射率谱线的影响。最后进行了转盘线速度测量的实验，测试了速度范围为6-30m/s的转盘速度分布，系统测得的速度与实际速度值吻合较好，所得到最大示值误差小于5m/s，速度偏差的均方根值小于2m/s，证明了自行开发的DGV系统测试结果可靠，同时也证明了论文提出的图像处理方法可行，所开发的计算机程序正确、可信。文中还对比了对应CCD相机在8位和12位两种灰度分辨率图像的实验结果，发现高灰度分辨率的图像有助于提高实验的测试结果。论文的最后进行了相关的误差分析，讨论了几种可能存在的误差源，为DGV系统的改进提供了方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 图清单
• 表清单
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多普勒全场测速技术简介
• 1.3 多普勒全场测速的研究状况
• 1.3.1 多普勒全场测速技术的发展历史
• 1.3.2 多普勒全场测速技术存在的主要问题
• 1.3.3 多普勒全场测速技术的发展趋势
• 1.4 论文研究的目的和主要研究内容
• 1.4.1 多普勒全场测速技术的研究意义
• 1.4.2 本文的研究内容
• 2 多普勒全场测速技术的原理和系统的组成
• 2.1 多普勒全场测速技术的原理
• 2.1.1 粒子和分子散射
• 2.1.2 基本原理
• 2.2 多普勒全场测速系统的组成
• 2.2.1 激光器单元
• 2.2.2 分子滤波系统
• 2.2.3 CCD 相机系统
• 3 图像处理方法和软件设计
• 3.1 图像处理
• 3.1.1 背景去除
• 3.1.2 灰度修正
• 3.1.3 几何校正
• 3.2 速度计算
• 3.3 图像处理软件的设计
• 4 实验测试系统
• 4.1 系统的选型
• 4.1.1 激光器的选型
• 4.1.2 碘分子滤波器的选型
• 4.1.3 CCD 相机的选型
• 4.1.4 功率计的选型
• 4.2 测试对象
• 4.3 系统的测试
• 4.3.1 光学元器件的测试
• 4.3.2 激光器的稳定性测试
• 4.3.3 碘分子滤波器的吸收谱线的标定
• 5 实验结果与分析
• 5.1 标定拟合吸收曲线
• 5.2 8位图像数据的实验研究
• 5.3 12位图像数据的实验研究
• 5.4 误差分析
• 6 结论、创新点与展望
• 6.1 结论
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 作者简历