【摘 要】
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气液两相流是多相流中最常见的形式之一,在能源、化工、航天等行业中广泛存在。发展气液两相流场测试技术,掌握气液两相流的运动特性,对于提高工业生产效益具有重要意义。本文以气液两相流中的气泡作为研究对象,提出了基于多目视觉的气泡流场三维重建方法,获得了流场中气泡的三维空间分布,为进一步研究流场中气泡的运动特性奠定基础。本文设计并搭建了一套气泡图像采集系统,利用三个相机从不同角度获得了气泡的运动图像。然后
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气液两相流是多相流中最常见的形式之一,在能源、化工、航天等行业中广泛存在。发展气液两相流场测试技术,掌握气液两相流的运动特性,对于提高工业生产效益具有重要意义。本文以气液两相流中的气泡作为研究对象,提出了基于多目视觉的气泡流场三维重建方法,获得了流场中气泡的三维空间分布,为进一步研究流场中气泡的运动特性奠定基础。本文设计并搭建了一套气泡图像采集系统,利用三个相机从不同角度获得了气泡的运动图像。然后,利用灰度化、差影处理、二值化、孔洞填充等数字图像处理技术完成对气泡图像的预处理,为后续流场三维重建提供了高质量的实验数据。针对本文所搭建的实验系统,研究了三目相机的标定方法。设计了一套三目相机标定装置,方便了三相机标定图像的采集;提出了一种三目相机立体标定方法（Three Cameras Stereo Calibration,TCSC）,在单目和双目标定的基础上进行融合操作,获取两相流场中气泡与各相机之间的投影关系。提出了一种基于多目视觉的改进迭代重建算法,即先粗后精联合迭代重建算法（Rough-Precise Location Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique,RPL-SART）,实现了气泡流场的三维重建。RPL-SART算法是基于TCSC标定结果先对重建目标进行粗定位处理,再利用SART迭代算法实现目标精确定位。即先利用TCSC标定得到的世界坐标与像素坐标之间的投影关系,粗略获得三维流场中各气泡到二维图像上的投影位置,再利用SART在粗定位的基础上进行筛选,通过不断修正迭代减小投影误差,得到气泡的三维坐标信息。RPL-SART迭代算法摒弃传统SART迭代算法对相机拍摄角度的严格要求,且无需进行相机角度的测量,就能实现对重建目标三维信息获取。由于粗定位环节的加入,使得反投影的搜索范围减少,因此该方法具有更高的重建速度。仿真实验结果表明,与传统迭代算法相比,RPL-SART迭代算法的重建速度和重建精度都有一定的提高。气泡流场重建实验结果表明,相比于视差法,RPL-SART在气泡形状描述和气泡位置计算方面具有较高的准确性,且从一定程度上解决了气泡重叠带来的重建精度低的问题。
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