【源码】粒子图像测速PIV简介及MATLAB工具箱PIVlab

湍流、复杂流动、非定常流动等现象一直是流体力学中重要的研究对象及疑难问题,因此开发适于流体运动研究的方法与技术也始终是一个重要的课题。早期发明的热线热膜流速计(HWFA)至今已有80 多年的历史,曾经为流动测量特别是湍流的研究立下过汗马功劳。这项技术的最大缺点是接触式测量,对流场有较大的干扰。20世纪60年代发展起来的激光多普勒测速仪(简称LDV),利用流场中粒子的Mie散射,测量散射光对原入射光的多普勒频移量,计算粒子的运动速度,实现了对流场的无接触测量。这种技术具有极好的时间分辨率和空间分辨力,可做三维测速,已经成为流速测量的标准技术并得到了广泛应用。然而,它和热线流速仪一样,都只是单点测量技术,难以实现对流场的全场、瞬态测量。

20世纪80年代发展起来的粒子图像测速技术则是在流动显示的基础上,充分吸收现代计算机技术,光学技术以及图像分析技术的研究成果而成长起来的最新流动测试手段。它不仅能显示流场流动的物理形态,而且能够提供瞬时全场流动的定量信息,使流动可视化研究产生从定性到定量的飞跃。

粒子图像测速,是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置,并分析摄得的图像,从而测出流动速度的方法。其基本原理是在流场中布撒示踪粒子,并用脉冲激光片光源入射到所测流场区域中,通过连续两次或多次曝光,粒子的图像被记录在底片上或CCD相机上。采用光学杨氏条纹法、自相关法或互相关法,逐点处理PIV底片或CC 记录的图像,获得流场速度分布。因采用的记录设备不同,又分别称FPIV(用胶片作记录)和数字式图像测速DPW(用CCD相机作记录)。

易于使用的基于GUI的工具,可分析,验证,后处理,可视化和模拟(微型)PIV数据。

PIVlab不仅可以计算粒子图像对内部的速度分布,还可以用来推导、显示和导出流型的多个参数;具有友好的图形用户界面(GUI),有效提高数据后处理能力。

该工具箱的主要特点:

1.     完全基于GUI的PIV工具;

2.     多通道多网格的窗口变形技术;

3.     支持导入BMP/TIFI/JPEG图像对/系列;

4.     图像排序格式为A-B、C-D、……或A-B、B-C、……;

5.     独立图像遮蔽和感兴趣区域(ROI)选择;

6.     图像预处理(对比度增强、高通滤波、强度映射);

7.     两种不同的子像素估计器;

8.     多向量验证方法;

9.     幅值/涡量/辐散/切变/…;

10.  数据平滑、向量场高通;

11.  多重彩色图;

12.  流线;

13.  广泛的数据提取工具/通过聚合线/圈/面积等集成;

14.  统计处理(直方图、散点图、均值与方差);

15.  利用用户定义的参数和多种流模拟生成精确的粒子图像对(合成PIV图像发生器);

16.  数据导出(Matlab、ASCII、电影文件、图像、Paraview,……);

17.  工具箱的主要功能都可以通过命令行进行访问。

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