Обработка интерференционных картин и оптических изображений компьютерными методами в лазерной диагностике потоков

• Автор: Есин, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с.

Ведение
1. Обзор современных методов визуализации в лазерной диагностике потоков
1.1. Визуализация методом лазерной плоскости
1.2. Применение метода лазерной плоскости в аэродинамическом эксперименте
1.3. Визуализация скоростной структуры потока методом АИЧ
1.4. Метод лазерной индуцированной флуоресценции
1.5. Визуализация потоков методом лазерной томографии
1.6. Выводы по главе 1 . . .
2. Вейвлет-анализ сигналов ЛДА
2.1. Вейвлет-преобразование
2.2. Вейвлет-анализ моделей доплеровских сигналов
2.3. Вейвлет-анализ экспериментальных сигналов ЛДА
2.4. Выводы по главе
3. Цифровая фильтрация изображений
3.1. Методы точечной обработки изображений
3.2. Методы пространственной обработки изображений
3.2.1. Фильтрация с применением свертки
3.2.2. Медианная фильтрация
3.2.3. Линейная фильтрация
3.3. Обработка и фильтрация изображений в методе АИЧ
3.3.1. Метод АИЧ
3.3.2. Экспериментальная устайцвка
3.3.3. Обработка экспериментальных данных
3.4. Выводы по главе
4. Трехмерная визуализация в лазерной диагностике потоков
4.1. Способы описания кривых и поверхностей в компьютерной графике
4.1.1. Д-сплайновые кривые

4.1.2. Триангуляционные поверхности
4.1.3. Триангуляционные поверхности трехмерных объектов
4.2. Метод восстановления поверхности нестационарного потока
4.2.1. Предварительная обработка изображений
4.2.2. Векторизация растровых изображений
4.2.3. Восстановление поверхности
4.3. Программное обеспечение
4.4. Экспериментальная установка
4.5. Результаты экспериментов
4.6. Выводы по главе
Заключение
Литература
Приложения

Оптические методы исследований потоков жидкости и газа широко используются в аэрогидродинамических и теплофизических экспериментах [1]. Среди этих методов можно отметить такие, как интерференционные методы, метод лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА), метод визуализации поля скоростей потока по изображениям частиц, методы оптической томографии. Большие объемы регистрируемой в экспериментах информации, наличие характерных шумов в картинах визуализации реальных потоков и высокая стоимость экспериментов ставят задачу автоматизации обработки результатов эксперимента. Удешевление высокопроизводительной компьютерной техники позволяет перенести основную часть обработки на цифровую основу, что ставит задачу разработки автоматизированных методов, учитывающих специфику формирования регистрируемой информации.
Совокупное развитие лазерной и компьютерной техники в последние годы сделало возможным автоматизировать обработку оптических изображений во многих отраслях науки и техники. При помощи цифровой вычислительной техники и специализированного программного обеспечения обрабатываются изображения в оптике, медицине, тепловидении. При этом, как правило, ставятся сходные базовые задачи, а именно: уменьшение зашумленности исходного изображения, выделение характерных особенностей и объектов на цифровой картинке и сохранение обработанного изображения в удобном для дальнейшей работы формате с минимальными искажениями. Методы компьютерной обработки изображений стали в последнее время одной из основных тем публикаций, посвященных оптическим измерениям.
Одной из задач, которая в последнее время решается при помощи цифровой обработки изображений, является задача обработки интерференционных картин и картин визуализации в лазерной диагностике потоков. Основными потребителями этих методов являются машиностроительные

2.4. Выводы по главе
Применение метода вейвлет-анализа при обработке доплеровских сигналов в лазерной анемометрии представляется перспективным для исследования двухфазных потоков, поскольку структура таких сигналов является существенно более сложной, чем для однофазных потоков, и традиционные методы обработки оказываются малоэффективными. Рассмотренный метод позволяет существенно повысить информативность лазерных доплеровских измерительных систем. Анализ вейвлет-спектров дает возможность сделать вполне определенный вывод о многочастичном характере сигналов, сравнить между собой размеры частиц, а также оценить значения доплеровской частоты (или скорости) и временного интервала (или расстояния) между частицами.
В частности, в главе получены следующие результаты:
1. Рассмотрен вейвлет-анализ доплеровских сигналов на базе материнских функций «мексиканская шляпа» и Морле. Показана эффективность применения вейвлет-преобразования для визуализации и анализа нестационарных сигналов лазерного доплеровского анемометра.
2. Приводится методика анализа вейвлет-спектров сигналов ЛДА получаемых при исследовании нестационарных многочастичных потоков. Метод проиллюстрирован примерами обработки и анализа доплеровских сигналов полученых в ходе экспериментов и математического моделирования.
3. Показано, что при изучении двухфазных потоков методом лазерной доплеровской анемометрии для получения информации о количестве и порядке следования частиц, ускорении или замедлении потока, необходимо применять вейвлет-преобразование доплеровского сигнала на основе базовой функции Морле.