激光散斑衬比分析方法基于时间积分动态散斑强度波动的一阶统计特性分析实

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1、激光散斑衬比分析方法基于时间积分动态散斑强度波动的一阶统计特性分析实现流速测量,迄今已发展了基于空间统计!时间统计以及空间与时间统计相结合的多种衬比分析方法,基于(a)空间统计,(a)基于(a)空间统计,RXC的矩阵表示原始散斑图像"深灰色元素表示参与单个衬比值计算的像素"黑色元素表示计算所得单个衬比值"浅灰色矩阵表示经衬比计算后得到的衬比图像"空间域上的散斑衬比分析方法最早由Briers等人提出,最初被称为”激光散斑衬比分析方法"这种方法测量流速分布的理论依据是散射粒子运动引起的时间积分散斑的强度在时间轴上的波动与在空间轴上的波动是等价的,通过求解散斑图像上局部空间窗口内的衬比值并代

2、入公式计算的值,从而获得相对流速值"LASCA方法获得空间散斑衬比图像的示意图如图4.1(a)所示"在大小为RXC的原始散斑图像上,选取大小为NsXNs的空间窗,计算该空间窗内所有像素强度值的标准偏差和均值,得到单个空间窗内散斑图像的衬比值"将该空间窗以像素为单位沿原始散斑图像水平和垂直方向滑动,遍历整个图像,计算各位置处空间窗内散斑图像的衬比值,最终得到原始散斑图像对应的散斑衬比图像"LASCA方法对单帧原始散斑图像操作即可获得散斑衬比图像和相对流速图像,具有时间分辨率高的优点,但由于使用空间窗的方式计算衬比,这种方法在一定程度上损失了图像的空间分辨率"为了兼顾图像空间分辨率与测量准

3、确性,一般选取5x5或7x7的空间窗进行空间衬比计算"因此很难得到兀与散射粒子运动速度v的准确关系式,一般认为:其中为光强波动的自相关时间,它反映了散射粒子运动速度大小,散射粒子运动速度越大,越小,反之则越大激光散斑衬比成像系统获取原始散斑图像后,首先计算散斑衬比,获取二维散斑衬比图像"常用的激光散斑衬比分析方法包括空间衬比分析方法和时间衬比分析方法"空间衬比分析方法使用一定大小的空间窗(一般为5x5或7X7个像素),计算单个空间窗内散斑图像的衬比值"将该空间窗以单个像素为单位,沿着原始散斑图像水平和垂直滑动,遍历整个图像,计算各位置处空间窗内散斑图像的衬比值,最终得到原始散斑图像对应

4、的散斑衬比图像。时间衬比分析方法对散斑图像上单个像素强度在一定大小的时间窗内(一般为25帧或49帧图像)的波动进行衬比计算,对散斑图像上所有像素点做时间衬比计算后得到时间衬比图像。获得散斑衬比图像后将散斑衬比图像转换为图像与平均速度之间近似成正比关系,因此流速的相对变化可以由图像的相对变化近似表示。以空间衬比分析方法和时间衬比分析方法为基础,还衍生了其他几种将空间统计与时间统计相结合的衬比分析方法，但无论是使用上述何种衬比分析方法,其本质都是基于对像素强度值的分析。