من أجل تقليل أخطاء القياس الناتجة عن تعديل إزاحة الكاميرا عالية السرعة PIV، وعملية لوحة المعايرة، والوضع التجريبي، وما إلى ذلك، يحتاج قياس مجال تدفق PIV إلى تطبيق المعايرة الذاتية للطائرة و معايرة ذاتية ثلاثية الأبعاد تقنيات لتحسين دقة القياس.

1. تقنية المعايرة الذاتية للطائرة

1.1 السيناريوهات القابلة للتطبيق

قياس PIV-2D3C

1.2 أسباب الخطأ

عند إنشاء نظام إحداثيات مساحة القياس، وتحديد أصل الإحداثيات O، وتحديد اتجاه محوري x وy في المستوى، لا يتم تحديد مستوى المعايرة حيث توجد لوحة المعايرة ومستوى القياس حيث توجد شريحة ضوء الليزر تتزامن، وتحدث الترجمة أو التدوير، مما يؤدي إلى أخطاء في إعادة البناء.

1.3 المبدأ الفني

استنادًا إلى مبدأ وظيفة رسم خرائط تصحيح مجال ناقل المنظر.

1.4 عملية المعايرة

الخطوة 1: قم بتعيين صورة الجسيمات الملتقطة بواسطة كاميرا PIV عالية السرعة إلى مستوى المعايرة وحساب مجال ناقل المنظر.

الخطوة الثانية: تحديد نقطة تقاطع الأشعة الضوئية المارة بين طرفي المتجه في فضاء القياس باستخدام طريقة التثليث، وتناسب نقطة التقاطع بطريقة المربعات الصغرى للحصول على تعبير مستوى القياس في نظام إحداثيات المعايرة الأصلي.

الخطوة 3: تحويل نظام الإحداثيات الأصلي، بحيث يصبح مستوى القياس az = 0، وحساب مستوى المعايرة وترجمة مستوى القياس، والدوران.

الخطوة 4: تحديد الإحداثيات المادية لنقطة التقاطع في نظام الإحداثيات الجديد وتناسب وظيفة رسم الخرائط.

الخطوة 5: قم بالتكرار حتى يتقارب حقل ناقل المنظر إلى حجم صغير بما يكفي للحصول على وظيفة التعيين الدقيقة.

1.5 نتائج المعايرة

قبل وبعد المعايرة الذاتية للوجه، يتم تقليل انحراف مسافة الجسيمات من 4.2159 بكسل إلى 1.1903 بكسل.

2. تقنية المعايرة الذاتية ثلاثية الأبعاد

2.1 السيناريوهات القابلة للتطبيق

قياس PIV-3D3C

2.2 أسباب الخطأ

لا يمكن وضع تقنية معالجة لوحة المعايرة أو إزاحة الكاميرا عالية السرعة PIV بدقة مما يؤدي إلى عدم تداخل وجهات النظر المتعددة لخط رؤية الجسيمات.

2.3 المبدأ الفني

استنادا إلى مبدأ خوارزمية إعادة بناء نموذج الثقب الصغير باستخدام متعددات الحدود من الدرجة الثالثة.

2.4 عملية المعايرة

الخطوة 1: قم بقياس إحداثيات البكسل لجميع البقع البيضاء من الجسيمات في صور الجسيمات التي تم التقاطها بواسطة كاميرات PIV الأربعة عالية السرعة S1، S2، S3، S4.

الخطوة 2: كرر إحداثيات البكسل لكل جسيم في S1 وقم بتعيينها في مساحة الجسم للحصول على سلسلة من الإحداثيات المكانية المحتملة.

الخطوة 3: قم بعرض الإحداثيات المكانية المحتملة التي تم الحصول عليها على كاميرا PIV عالية السرعة 2، واحصل على سلسلة من إحداثيات البكسل (انظر النقطة الخضراء في الشكل أدناه) والمعادلات الخطية المجهزة، وحدد ما إذا كانت إحداثيات البكسل تلبي شروط المطابقة ( في خط البصر، المسافة من الخط المستقيم < عتبة معينة وتقع نقطة الإسقاط ضمن مقطع الخط)، تحقق الإحداثيات المكانية للجسيمات، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فارجع إلى الخطوة الثانية وقم بتحليل الجسيم التالي. قم بعرض الإحداثيات المكانية للجسيمات المطابقة بنجاح للكاميرا 3 والكاميرا 4 لمزيد من التحقق، إذا تم ترجمة نقطة الإسقاط إلى إحداثيات بكسل الجسيمات المقابلة في S3، S4، فستكون المطابقة ناجحة، وإلا فارجع إلى الخطوة الثانية. كرر العملية المذكورة أعلاه حتى يتم ترجمة جميع الجزيئات المتطابقة بنجاح.

الخطوة 4: بناء نموذج محسن باستخدام خوارزمية متعددة الحدود من الدرجة الثالثة لحل الإحداثيات المكانية للجسيمات المثالية (X، Y، Z) التي تقلل من متوسط خطأ إعادة الإسقاط.

الخطوة 5: عكس الحل وتحديث معلمات نموذج المعايرة وفقًا للموقع المكاني الجديد.

الخطوة 6: قم بالتكرار حتى يصل خطأ إعادة الإسقاط إلى حالة تقارب مستقرة.

2.5 نتائج المعايرة

يتم توزيع خطأ الإسقاط الإجمالي للجسم حوالي 3 ~ 4 بكسل قبل المعايرة الذاتية، وبعد 3 جولات من التقارب التكراري، يتم تثبيت الخطأ عند حوالي 1 بكسل، منها أقل من 1 بكسل يمثل 65% من الخطأ.

3 - الخلاصة

يدمج برنامج Revealer RFlow 2D3C و3D3C لقياس سرعة صورة الجسيمات تقنيات المعايرة الذاتية المذكورة أعلاه لمساعدة الباحثين في مجال الديناميكا المائية في الحصول على توصيف دقيق لمجال ناقل السرعة ثلاثي الأبعاد لجزيئات التتبع في الفضاء المستوي ثلاثي الأبعاد ومساحة الجسم.