تحديد الحقول تدفق 3D عبر موضوع ضوء الكاميرا التصوير الميدانية
Summary
ويرد تقنية الكمي لأداء ثلاثي الأبعاد (3D) التصوير لمجموعة من التدفقات السوائل. باستخدام مفاهيم من منطقة حقل التصوير الخفيفة، ونحن إعادة بناء كميات من صفائف 3D من الصور. نتائجنا 3D تمتد مجموعة واسعة بما في ذلك الحقول السرعة ومتعددة المراحل توزيعات حجم الفقاعة.
Abstract
في مجال ميكانيكا الموائع، وحل مخططات الحسابية فاق الطرق التجريبية واتسعت الفجوة بين الظواهر التي لوحظت في توقع التدفقات والسوائل. وهكذا، فإن هنالك حاجة لطريقة الوصول إليها قادرة على حل ثلاثي الأبعاد مجموعات البيانات (3D) لطائفة من المشاكل. نقدم تقنية جديدة لأداء 3D التصوير الكمي لأنواع عديدة من مجالات التدفق. تقنية 3D تمكن التحقيق من المجالات المعقدة وسرعة التدفقات شمبانيا. قياسات من هذه الأنواع تقديم مجموعة متنوعة من التحديات في الصك. على سبيل المثال، لا يمكن كثيفة بصريا متعدد المراحل التدفقات شمبانيا يمكن تصوير بسهولة من قبل التقليدية، غير الغازية تقنيات قياس التدفق بسبب فقاعات تسد الوصول إلى المناطق البصرية الداخلية من حجم الفوائد. باستخدام التصوير الخفيفة الميدانية ونحن قادرون على reparameterize الصور التي تلتقطها مجموعة من الكاميرات لإعادة بناء الخريطة 3D الحجمي لكل حالة من الحالات الوقت، على الرغم منانسداد جزئي في وحدة التخزين. هذه التقنية يجعل من استخدام خوارزمية الاصطناعية المعروفة باسم إعادة تركيز (SA) فتحة، حيث يتم إنشاء كومة 3D التنسيق من خلال الجمع بين الصور من الكاميرات التقاط عدة بعد 1. ضوء التصوير الميداني يسمح للقبض على الزاوي وكذلك المعلومات المكانية عن أشعة الضوء، وتمكن بالتالي إعادة الإعمار 3D المشهد. ويمكن بعد ذلك أن المعلومات الكمية المستخرجة من اعادة البناء 3D باستخدام مجموعة متنوعة من خوارزميات المعالجة. على وجه الخصوص، وقد وضعنا طرق القياس يعتمد على التصوير الميدانية الخفيفة لأداء 3D velocimetry الصورة الجسيمات (PIV)، واستخراج فقاعات في حقل 3D وتتبع حدود لهب الخفقان. نقدم أساسيات المنهجية الميدانية التصوير الخفيفة في سياق الإعداد لدينا لأداء 3DPIV من تدفق الهواء يمر عبر مجموعة من الطيات الصوتية الاصطناعية، وتظهر نتائج ممثلة من تطبيق هذه التقنية لطائرة فقاعة الجر تغرق.
Protocol
Representative Results
Discussion
عدة خطوات حاسمة لحسن تنفيذ تجربة حقلية التصوير الخفيفة. وينبغي اختيار عدسة الكاميرا والتنسيب التي يتم اختيارها بعناية لتحقيق أقصى قدر من القرار داخل حجم القياس. المعايرة وربما كان أهم خطوة، وخوارزميات إعادة تركيز SA ستفشل لإنتاج صور وتركيز حاد دون معايرة دقيقة. لحسن الحظ، كاميرا متعددة الذاتي معايرة يسهل المعايرة دقيقة مع مستوى منخفض نسبيا من الجهد. إضاءة موحدة في جميع الصور التي تحقق التباين بين الكائنات جيدة من الاهتمام والخلفية الضروري أيضا، على الرغم من أن نطبع معالجة الصور الصور إلى حد ما.
توقيت مهم أيضا عند تنفيذ SA على وحدات التخزين التي الأجسام المتحركة. إذا لم يتم تشغيل الكاميرا لالتقاط كل صورة في نفس الوقت، فإن الصورة ستكون إعادة الإعمار الواضح غير دقيقة. لتجارب في هذه الورقة تستخدم أننا توقيت تسلسل قhown في الشكل 7.
عرض التطبيقات الميدانية الخفيفة التصوير 3D إشراك هنا المكاني قرار المفاضلة. على سبيل المثال، يمكن إعادة بناء 3D SAPIV حجم الجسيمات من الصور الجسيمات الكثيفة بصريا، ولكن يتم توزيع الجسيمات في جميع أنحاء حجم (كبير يحتمل). لPIV 2D، وتوزع الجزيئات على ورقة رقيقة، وبالتالي الصور مع كثافة الجسيمات نفس تتوافق مع كثافة أكبر من ذلك بكثير في حجم القياس. ومع ذلك، فإن طريقة SAPIV 3D يسمح لكثافة البذر أكبر من ذلك بكثير أن الأساليب الأخرى 3D PIV 1. وهناك اعتبار آخر هو الحد من شدة يحتمل كبيرة نسبيا الحسابية المرتبطة بالضوء أساليب التصوير الميداني؛ التعقيد الحسابي هو الحال بالنسبة للصورة القائمة على أساليب إعادة الإعمار 3D مثل تصوير الشعاعي الطبقي-PIV 10.
لهذه التجربة المستخدمة لدينا 8 Photron SA3 كاميرات مزودة ب 105 عدسات سيغما ماكرو ملم وعلى Quantronتاسعا المزدوج داروين الثانية: YLF الليزر (532 نانومتر، 200 ميغا جول). وsynched الكاميرات والليزر معا عن طريق الفيزياء النووية بيركلي مولد BNC 575 تأخير / نبض الرقمية. كان المصنف تدفق السوائل مع الهيليوم Expancel شغل الزجاج المجهرية. كان المجهرية قطرها ميكرون متوسط من 70 مع كثافة من 0.15 جم / سم مكعب. نحن نقدم الإصدارات مفتوحة المصدر من الرموز المستخدمة هنا عن المجتمع الأكاديمي من خلال موقعنا على الانترنت http://www.3dsaimaging.com/ ونحن نشجع المستخدمين أن يقدم لنا ردود الفعل والمشاركة في تحسين وتوفير رموز مفيدة للمجتمع ضوء مجال الكمية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر NSF منحة CMMI # 1126862 لتمويل المعدات وتطوير خوارزميات ذي الفتحة الاصطناعية في BYU، في منزل مختبر مستقل للبحوث (ايلير) صناديق (مراقبتها من قبل الدكتور توني Ruffa) لتمويل المعدات والتنمية في NUWC نيوبورت، والمعاهد الوطنية للصحة / NIDCD منحة R01DC009616 لSLT التمويل، وDJD JRN والبيانات المتعلقة التجارب حظيرة صخبا وجامعة كلية الدراسات العليا في الاحتفالات التكنولوجيات المتقدمة البصرية (SAOT) للحصول على دعم جزئي من SLT. وأخيرا، فإن روكي ماونتن ناسا الفضائية لاتحاد المنح JRN التمويل.
References
- Belden, J., Truscott, T. T., Axiak, M., Techet, A. H. Three-dimensional synthetic aperture particle imaging velocimetry. Measurement Science and Technology. 21 (12), 125403 (2010).
- Wilburn, B., Joshi, N., Vaish, V., Talvala, E. -. V., Antunez, E., Barth, A., Adams, A., Horowitz, M., Levoy, M. High performance imaging using large camera arrays. ACM Trans. Graph. 24, 765-776 (2005).
- Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhaus, J. . Particle image velocimetry – A Practical Guide. , (2007).
- Belden, J. Auto-Calibration of Multi-Camera Systems with Refractive Interfaces. Experiments in Fluids. , (2013).
- Svoboda, T., Martinec, M., Pajdla, T. A convenient multi-camera self-calibration for virtual environments. PRESENCE: Teleoperators and Virtual Environments. 14 (4), 407-422 (2005).
- Vaish, V., Garg, G., Talvala, E., Antunez, E., Wilburn, B., Horowitz, M., Levoy, M. Synthetic aperture focusing using a shear-warp factorization of the viewing transfor. 3, 129 (2005).
- Belden, J., Ravela, S., Truscott, T. T., Techet, A. H. Three-Dimensional Bubble Field Resolution Using Synthetic Aperture Imaging: Application to a Plunging Jet. Experiments in Fluids. , (2012).
- Levoy, M., Ng, R., Adams, A., Footer, M., Horowitz, M. Light field microscopy. ACM Transactions on Graphics. 25 (3), (2006).
- Triep, M., Brücker, C. Three-dimensional nature of the glottal jet. Journal of the Acoustical Society of America. 127, 1537-1547 (2008).
- Elsinga, G., Scarano, F., Wieneke, B., van Oudheusden, B. Tomographic particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 41, 933-947 (2006).
