PIV亞像素匹配精度及粒子大小和濃度的影響

作者：李超,蔣暑民,馬洪余,戴德君,黃傳江

摘要：利用計算機仿真粒子圖像精確控制仿真粒子亞像素位移,討論不同窗口下二次多項式曲面擬合法與基于梯度亞像素位移算法的匹配精度。針對粒子均勻移動的理想情況,發現二次多項式曲面擬合法的匹配精度隨匹配窗口的增大而提高,而基于梯度亞像素位移算法的匹配精度幾乎不隨匹配窗口的增大而改變,兩種算法匹配精度均在0.1個像素內。分析存在理想渦旋的粒子圖像發現:二次多項式曲面擬合法的匹配精度約為0.2個像素,基于梯度亞像素位移算法的匹配精度約為0.05個像素。以二次多項式曲面擬合法為例,探討了粒子大小和濃度對測量結果的影響,發現匹配窗口越大,最合適的粒子濃度范圍就越大,這與不同匹配窗口包含的粒子圖像灰度值信息量不同有關。在粒子大小方面,不同匹配窗口下,粒子直徑為3個像素時誤差均較小,表明PIV實際使用時,選擇大小為3個像素的粒子為宜。將2種亞像素匹配算法應用到水槽實驗獲取的PIV影像分析中,均能得到較好的效果。

發文機構：自然資源部第一海洋研究所 青島海洋科學與技術試點國家實驗室區域海洋動力學與數值模擬功能實驗室 自然資源部海洋環境科學與數值模擬重點實驗室

關鍵詞：亞像素匹配精度二次多項式曲面擬合法基于梯度的亞像素位移算法仿真粒子直徑與濃度subpixel displacementquadratic polynomial surface fitting methodsubpixel displacement algorithm based on gray gradientparticle diameter and concentration

分類號： O35[理學—流體力學]