粒子示踪测速(particle tracking velocimetry,PTV)技术是一种基于数字图像处理技术的新型流速测量方法，测量效率和精度都比较高，本书综合介绍了PTV的原理及实际应用。首先简要阐述了数字图像的基础知识，列举了PTV数字图像编程的基本方法，对比了PTV的粒子匹配算法，分析了PTV的测量误差，最后对单镜头平面PTV、多镜头二维PTV及立体PTV的特点及应用分别进行了详细介绍。 本书可供工程力学、水利工程、土木工程、交通工程等专业科技人员及高等学校相关专业师生参考。
样章试读
目录
- 前言
第1章 概述
1.1 引言
1.2 粒子图像测速技术
1.2.1 粒子图像测速技术基本原理
1.2.2 粒子图像测速技术分类
1.2.3 PTV系统的组成
1.2.4 典型PTV系统示例
第2章 数字图像基础
2.1 图像的基本概念
2.1.1 图像的定义
2.1.2 图像的分类
2.1.3 数字图像的基本参数
2.2 数字图像采集方法
2.2.1 数字照相机
2.2.2 数字摄像机
2.2.3 模拟摄像机+计算机图像采集卡
2.3 数字图像存储方法
2.3.1 存储器
2.3.2 文件存储格式
2.4 数字图像处理基础
2.4.1 图像增强与平滑
2.4.2 图像分割
2.4.3 图像边缘检测与提取
2.4.4 图像几何参数计算
第3章 数字图像编程基础
3.1 图像编程概述
3.1.1 图像编程内容与编程环境
3.1.2 数字图像基础
3.1.3 位图基础:DDB与DIB
3.1.4 建立CDib类
3.2 图像的显示、读取与存储
3.2.1 设备上下文、调色板和灰度直方图
3.2.2 图像的存取编程
3.2.3 显示图像
3.3 图像的二值化
3.3.1 简单的灰度变换
3.3.2 非零元素取一法
3.3.3 固定阈值法
3.3.4 双固定阈值法
3.4 图像的阈值分割
3.4.1 阈值分割概述
3.4.2 直方图门限选择
3.4.3 半阈值选择分割
3.4.4 迭代阈值分割
3.5 图像的轮廓提取
3.5.1 轮廓提取概述
3.5.2 轮廓提取法
3.5.3 边界跟踪法
3.6 图像测量
3.6.1 图像区域标记
3.6.2 面积测量
3.6.3 周长测量
3.6.4 质心测量
3.7 绘图基础
3.7.1 创建自己的图像
3.7.2 圆形
3.7.3 矩形
3.7.4 三角形
3.8 模拟图像的数字化编程
3.8.1 图像数字化设备
3.8.2 图像采集卡编程
3.8.3 示例
第4章 PTV匹配算法的对比分析
4.1 常用PTV匹配算法的原理
4.1.1 单独研究单个粒子的PTV算法
4.1.2 结合附近粒子研究单个粒子配对的PTV算法
4.2 PTV匹配算法的评价方法
4.2.1 评价标准与评价方法
4.2.2 标准图像
4.3 常用PTV匹配算法的对比分析
4.3.1 水平粒子流动
4.3.2 波浪型粒子流动
4.3.3 漩涡型粒子流动
4.3.4 不同流场处理结果的讨论分析
4.4 本章小结
4.4.1 PTV算法呈多样化趋势
4.4.2 不同的PTV算法的计算效率差异较大
4.4.3 不同PTV算法的计算精度差异较大
第5章 PTV误差分析
5.1 PTV误差概述
5.1.1 主要误差来源
5.1.2 PTV误差分析方法
5.2 镜头变形的校正
5.2.1 试验方法和组次
5.2.2 测量结果
5.2.3 校正分析
5.3 流速梯度引起的误差分析
5.3.1 引言
5.3.2 平均速度与均方根速度
5.3.3 简单流动中误差估计
5.3.4 明渠紊流测速的误差分析
5.3.5 小结
5.4 浓度梯度引起的误差分析
5.4.1 误差形式
5.4.2 误差分析
5.4.3 误差估计
5.4.4 确定合适的窗口尺寸
第6章 单镜头平面二维PTV系统
6.1 系统的组成
6.1.1 硬件系统
6.1.2 软件系统
6.2 应用实例I:泥沙颗粒的脉动特性
6.2.1 实验系统与水流条件
6.2.2 轻质沙的脉动特性
6.2.3 玻璃砂的脉动特性
6.3 应用实例II:近壁区颗粒的运动特征
6.3.1 引言
6.3.2 实验系统与水流条件
6.3.3 颗粒的运动轨迹
6.3.4 颗粒纵向运动速度分布
6.3.5 颗粒垂向运动速度分布
6.4 明槽水流中颗粒运动的力学机理
6.4.1 纵向受力
6.4.2 垂向受力
第7章 多相机平面二维PTV系统
7.1 引言
7.2 硬件系统
7.2.1 采集模块
7.2.2 传输模块
7.2.3 控制模块
7.3 软件系统
7.3.1 系统结构
7.3.2 采集模块
7.3.3 后处理模块
7.3.4 标定模块
7.4 系统特点
7.4.1 时间同步
7.4.2 示踪粒子
7.4.3 局域网扩展
7.5 三维表现
7.5.1 流场数据的三维可视化表现
7.5.2 流场可视化设置
7.5.3 流速查询
7.5.4 流场数据与三维场景的一体化表现
7.6 多相机PTV系统应用
7.6.1 三峡坝区泥沙模型试验
7.6.2 连云港核电站泥沙模型试验
7.6.3 上海洋山港模型试验
7.6.4 株洲航电枢纽模型试验
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
第8章 三维立体PTV系统
8.1 引言
8.2 系统组成及其特点
8.2.1 系统组成
8.2.2 采集数字图像序列
8.2.3 粒子匹配
8.2.4 摄像机标定及坐标转换
8.2.5 测量精度及误差分析
8.3 推移质颗粒平均运动规律
8.3.1 试验方法
8.3.2 试验条件
8.3.3 颗粒的纵向速度
8.3.4 颗粒摩擦系数
8.4 推移质颗粒运动的紊动特性
8.4.1 计算方法
8.4.2 实测资料
8.4.3 颗粒的纵向紊动特性
8.4.4 颗粒的垂向紊动特性
8.4.5 颗粒的横向紊动特性
8.4.6 推移层内的平均紊动特性
8.5 推移质运动速度的概率密度分布
8.5.1 概率密度分布沿垂向的变化
8.5.2 概率密度分布的偏态系数和峰态系数
8.5.3 概率密度分布平均特性的影响因素
8.5.4 小结
8.6 推移质单步运动的统计规律
8.6.1 颗粒运动形式
8.6.2 实测资料
8.6.3 典型跃移颗粒单步运动分析
8.6.4 单步运动参数的概率密度分布
8.6.5 跃移速度的概率密度分布
8.6.6 小结
参考文献
京公网安备 11010102004214号