[发明专利]PIV流场速度修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PIV流场速度修正方法，用于飞机风洞试验过程中，修正PIV系统测量流场速度时，由于摄像机镜头畸变所产生的测量偏差。

背景技术

风洞试验是空气动力学研究的基本手段之一，其依据空气动力学原理，

将飞机模型或其部件固定在风洞中，通过施加人工气流流过飞机模型，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。采用颗粒示踪和图像处理的方法测量风洞试验的流场速度已得到广泛的应用。

粒子成像测速（Particle Image Velocimetry）又称粒子图像测速法，是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。PIV技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场。另外PIV技术具有较高的测量精度。由于PIV技术的上述优点，已成为当今流体力学测量研究中的热门课题，因而日益得到重视。

PIV技术在本质上是图象分析技术的一种，它采用两个时间间隔很短的两个脉冲光源照亮所需要测量的流场，利用摄像机将所照明的流场中的示踪粒子记录下来，利用计算机进行图象处理得到速度场的信息。其中，现有技术文献《PIV的原理与应用》（《水道港口》2002年01期，孙鹤泉等）中，对PIV技术的原理进行了详细的描述，在此引用作为参考。另外，为了获得流场的三维速度信息，现有技术文献《三维粒子图像测速（3D-PIV）实验装置的研制》（《实验技术与管理》2005年01期，罗鹏等）中，对于PIV技术也进行了深入的讲解，同样在此引用作为参考。

本领域技术人员基于上述现有技术所公开的内容应当很容易理解本发明的基础，因此关于PIV技术的原理部分不再详细描述。

然而，同样基于现有技术，现有技术文献《PIV流场量测中图像变形的修正》（《泥沙研究》2001年05期，禹明忠等）中提到了PIV技术存在的一个问题，即由于PIV技术需要利用摄像机来记录流场图像，无论摄像机的摄像头的精度有多高，其不可避免会存在镜头畸变，尤其是对于风洞实验来说，摄像机镜头只能设置在风洞内部或风洞出口附近，因此无论镜头的广角多大，距离镜头光轴较远部分的图像畸变会非常严重，因此获得的全流场速度信息偏差会比较大，对于空气动力学研究十分不利。

针对上述问题，该现有技术基于图像处理技术提供了一种实验方法，以此消除由于摄像机镜头畸变所产生的测量偏差。然而上述方法需要布置相应的实验进行精密的调整，然后针对PIV系统过程中的图片计算出畸变数值进行校正，虽然精度较高，但是前期的实验布置、调整工作相对繁琐，对于精度的要求也很高，并且该实验方法还需要对PIV系统进行改动，对于实验来说仍然是很不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种PIV流场速度修正方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种PIV流场速度修正方法，用于风洞试验过程中，修正PIV系统测量流场速度时，由于摄像机镜头畸变所产生的测量偏差，所述方法包括如下步骤：

步骤（A）：在风洞中没有放置任何物品的情况下，调整风洞中流场速度达到风洞实验要求的第一速度，通过所述PIV系统测量获得整个风洞流场的第一速度场，所述第一速度场中每个位置P的速度定义为第二速度；

步骤（B）：将所述第二速度减去所述第一速度，其结果定义为该位置P处对应于所述第一速度的畸变速度偏差值；

步骤（C）：在所述风洞中放置实验物品，调整风洞中流场速度达到风洞实验要求的第一速度，通过所述PIV系统测量获得整个风洞流场的第二速度场，所述第二速度场中每个位置P的速度定义为第三速度；

步骤（D）：将所述第三速度减去所述对应于所述第一速度的畸变速度偏差值，即可获得所述位置P所对应的修正后的流场速度。

另外，本发明还提供了另外一种更精确的PIV流场速度修正方法，用于风洞试验过程中，修正PIV系统测量流场速度时，由于摄像机镜头畸变所产生的测量偏差，所述方法包括如下步骤：

步骤（E）：在风洞中没有放置任何物品的情况下，调整风洞中流场速度达到不同的速度v_n，通过所述PIV系统测量获得整个风洞流场对应于不同速度v_n的第一速度场，所述第一速度场中每个位置P的速度定义为第二速度；