水下成像目前已成为水下探测的一种常用手段。湍流作为一种重要的流动现象成为影响激光水下成像的重要因素。因此需要了解湍流场,掌握其流动特性才能进行相应的后续工作。为实现该目的,本论文通过粒子成像技术完成了对水下湍流流速场的测量。粒子成像测量技术的工作原理是用激光薄片照亮流场中一个与流场流速平行的平面,在与激光面垂直方向上拍摄两个时刻流场中流动粒子的图像,对粒子图像进行处理就可以得到流场中的速度场分布。根据其工作原理,本论文从示踪粒子的选择、待测流场的建立、实验系统的选型和搭建及粒子图像处理四个部分进行了论述。流场中加入的示踪粒子是正确反映流场流速的重要因素。本论文讨论了示踪粒子的跟随性和光散射特性。微小气泡作为无污染的微粒在本实验中做为示踪粒子添加到水体中,通过探测气泡的运动从而反映水体的流动。通过对两相流的模拟,计算了不同流速下不同直径的气泡的跟随性。本论文提出了符合湍流条件的新的气泡模型-椭球模型并采用该模型对气泡的光散射进行了研究。在平面波入射的情况下,采用几何光学近似的方法计算了大尺寸气泡的光散射特性。其计算结果符合Mie散射理论的结果。同时分析了激光入射时,高斯光束照射下球形气泡的光散射分布。采用类似的方法计算得到的散射分布与扩展米散射理论进行了比较,通过各阶散射光强的分布与Debye序列的比较分析了产生差异的原因。本论文建立了实验用待测湍流场。采用可实现κ-ε模型对两种结构简单的湍流场圆柱绕流模型和管道流动模型进行了二维模拟分析。选用了管道流动做为实验室流场模型。根据产生湍流场的条件,设计待测湍流场,并根据设计要求对各组件选件并组成了实验用待测流场。本论文搭建整个粒子成像测量系统。根据流场的流速设计及相关要求,对激光器、扩束光路、成像光路及图像记录元件进行选件。搭建光路,选取双帧单曝光的方式记录流场粒子图像。本论文对粒子图像对采用相关运算并得到了视场范围内的流场速度矢量分布图。考虑CCD的背景噪声,对粒子图像做了降噪及增强处理。选用合适的问询区,对两幅图像对应的区域做互相关运算,得到该区域的流速矢量。依次探询并得到整个图像的流速矢量分布。