PIV 고속카메라 변위조정, 교정판 공정, 실험 배치 등으로 인해 발생하는 측정오차를 줄이기 위해서는 PIV 유동장 측정에 다음과 같은 방법을 적용하여야 한다. 비행기 자체 교정 그리고 3차원 자체 교정 측정 정확도를 향상시키는 기술.
1. 평면 자체 교정 기술
1.1 적용 가능한 시나리오
PIV-2D3C 측정
1.2 오류의 이유
측정 공간 좌표계를 확립하고 좌표 원점 O를 정의하고 평면에서 x, y축의 방향을 지정할 때, 교정판이 위치한 교정 평면과 레이저 슬라이스가 위치한 측정 평면이 일치하지 않아 이동이나 회전이 발생하여 재구성에 오류가 발생합니다.
1.3 기술 원리
시차 벡터 필드 보정 매핑 함수의 원리를 기반으로 합니다.
1.4 교정 프로세스
1단계: PIV 고속 카메라로 촬영한 입자 이미지를 교정 평면에 매핑하고 시차 벡터장을 계산합니다.
2단계: 삼각법을 사용하여 측정 공간에서 벡터의 두 끝을 통과하는 광선의 교차점을 결정하고 최소제곱법으로 교차점을 맞춰 원래 교정 좌표계에서 측정 평면의 식을 구합니다.
3단계: 원래 좌표계를 변환하여 측정 평면이 az = 0 평면이 되도록 하고, 교정 평면과 측정 평면 이동, 회전을 계산합니다.
4단계: 새로운 좌표계에서 교차점의 물리적 좌표를 결정하고 매핑 함수를 맞춥니다.
5단계: 시차 벡터장이 정확한 매핑 함수를 얻을 수 있을 만큼 충분히 작은 크기로 수렴될 때까지 반복합니다.
1.5 교정 결과
얼굴 자체 보정 전후에 입자 거리 편차가 4.2159픽셀에서 1.1903픽셀로 감소했습니다.
2. 3차원 자체 교정 기술
2.1 적용 가능한 시나리오
PIV-3D3C 측정
2.2 오류의 이유
교정판 처리 기술이나 PIV 고속 카메라 변위를 정확하게 위치시킬 수 없어 입자 시선의 여러 보기가 겹치지 않습니다.
2.3 기술 원리
3차 다항식을 사용하는 소형 구멍 모델 재구성 알고리즘의 원리에 기초합니다.
2.4 교정 과정
1단계: PIV 고속 카메라 S1, S2, S3, S4 4개가 촬영한 입자 이미지에 있는 모든 흰색 입자 패치의 픽셀 좌표를 측정합니다.
2단계: S1의 각 입자의 픽셀 좌표를 반복하고 이를 신체 공간에 매핑하여 잠재적인 공간 좌표 문자열을 얻습니다.
3단계: 획득한 잠재적 공간 좌표를 PIV 고속 카메라 2에 투사하고, 픽셀 좌표 문자열(아래 그림의 녹색 점 참조)과 적합된 선형 방정식을 획득하고, 픽셀 좌표가 일치 조건(시선에서 직선으로부터의 거리 < 특정 임계값 및 투사점이 선분 내에 있음)을 충족하는지 확인하고, 입자의 공간 좌표를 충족하고, 충족하지 않으면 2단계로 돌아가 다음 입자를 분석합니다. 성공적으로 일치된 입자 공간 좌표를 카메라 3과 카메라 4에 투사하여 추가 검증을 실시합니다. 투사점이 S3, S4의 해당 입자 픽셀 좌표에 국한되어 있으면 일치가 성공한 것이고, 그렇지 않으면 2단계로 돌아갑니다. 모든 성공적으로 일치된 입자가 국한될 때까지 위의 프로세스를 반복합니다.
4단계: 평균 재투영 오차를 최소화하는 최적의 입자 공간 좌표(X, Y, Z)를 찾기 위해 3차 다항식 알고리즘을 사용하여 최적화된 모델을 구축합니다.
5단계: 솔루션을 역으로 적용하고 새로운 공간 위치에 따라 교정 모델 매개변수를 업데이트합니다.
6단계: 재투영 오류가 안정적인 수렴 상태에 도달할 때까지 반복합니다.
2.5 교정 결과
자체 교정 전에는 신체의 전체 투영 오차가 3~4픽셀 정도로 분포되어 있으며, 3차례의 반복적 수렴 과정을 거친 후 오차는 1픽셀 정도로 안정화되는데, 이 중 <1픽셀이 오차의 65%를 차지합니다.
3. 결론
Revealer RFlow 2D3C, 3D3C 입자 영상 속도 측정 소프트웨어는 위의 자체 보정 기술을 통합하여 유체역학 연구자가 평면 3D 공간과 물체 공간에서 추적 입자의 3D 속도 벡터장을 정확하게 특성화하는 데 도움을 줍니다.
