بررسی نرم‌افزار متن‌باز PIVlab برای سرعت‌سنجی از روی تصویر دیجیتال ذرات

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد، نجف‌آباد، ایران

2 گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد، نجف‌آباد، ایران

چکیده

سرعت‌سنجی تصویر ذرات دیجیتال، یک تکنیک آنالیز غیرنفوذی بسیار مطلوب است که برای بررسی میدان جریان به‌صورت کمی استفاده می‌شود. به‌طور معمول، یک آنالیز DPIV شامل 3 مرحلهٔ پیش‌پردازش تصویر، ارزیابی تصویر و پس‌پردازش است. هدف پیش‌پردازش، افزایش کیفیت تصاویر قبل از اعمال همبستگی بر روی تصویر است. قابل ذکر است که حساس‌ترین قسمت آنالیز DPIV، الگوریتم همبستگی بوده که در مرحلهٔ ارزیابی تصویر اعمال می‌شود. همچنین انجام پس‌پردازش بر روی داده‌های حاصل از آنالیز DPIV، به‌منظور دست‌یابی به نتایج قابل اعتماد، الزامی است. به‌منظور دست‌یابی به نتایج دقیق در میدان‌های جریان پیچیده، چالش‌ها و مشکلاتی وجود دارند که باید حل شوند در واقع کیفیت اندازه‌گیری جریان به جزئیات محاسباتی از قبیل شرایط ابتدایی تصویر (پیش‌پردازش)، برآوردگر اوج زیر پیکسل، تکنیک اعتبارسنجی داده‌ها، الگوریتم درون‌یابی و روش‌های هموارسازی بستگی دارد. در این تحقیق دقت چندین الگوریتم بررسی شده است. همچنین، تکنیک‌های موجود در رابط کاربری گرافیکی کاربرپسند PIVlab که ابزاری بر اساس کدی متن‌باز تحت نرم‌افزار متلب به‌منظور انجام آنالیزها در تکنیک سرعت‌سنجی تصویر ذرات دیجیتال است، تشریح شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Keane, R D and Adrian, R J. Optimization of particle image velocimeters. i. double pulsed systems. Measurement Science and Technology, 1(11):1202–1215, nov 1990.

[2] Adrian, Ronald J. Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics. Annual Review of Fluid Mechanics, 23(1):261–304, 1991.

[3] Willert, C. E. and Gharib, M. Digital particle image velocimetry. Experiments in Fluids, 10(4):181–193, Jan 1991.

[4] Buchhave, Preben. Particle image velocimetry—status and trends. Experimental Thermal and Fluid Science, 5(5):586 – 604, 1992. Special Issue on Experimental Methods in Thermal and Fluid Science.

[5] Stamhuis, E and Videler, J. Quantitative flow analysis around aquatic animals using laser sheet particle image velocimetry. Journal of Experimental Biology, 198(2):283– 294, 1995.

[6] Willert, Christian. The fully digital evaluation of photographic piv recordings. Applied Scientific Research, 56(2):79–102, Jun 1996.

[7] Grant, I. Particle image velocimetry: A review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 211(1):55–76, 1997.

[8] Raffel, Markus, Willert, Christian E., , Wereley, Steven, and Kompenhans, Jürgen. Particle image velocimetry: a practical guide. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, second ed. , 2007.

[9] Shavit, Uri, Lowe, Ryan J., and Steinbuck, Jonah V. Intensity capping: a simple method to improve cross-correlation piv results. Experiments in Fluids, 42(2):225–240, Feb 2007.

[10] Pizer, Stephen M., Amburn, E. Philip, Austin, John D., Cromartie, Robert, Geselowitz, Ari, Greer, Trey, ter Haar Romeny, Bart, Zimmerman, John B., and Zuiderveld, Karel. Adaptive histogram equalization and its variations. Computer Vision, Graphics, and Image Processing, 39(3):355 – 368, 1987.

[11] Gonzalez, Rafael C. and Wintz, Paul. Digital image processing. Addison Wesley, second ed. , 1987.

[12] Huang, H, Dabiri, D, and Gharib, M. On errors of digital particle image velocimetry. Measurement Science and Technology, 8(12):1427–1440, dec 1997.

[13] Okamoto, K, Nishio, S, Saga, T, and Kobayashi, T. Standard images for particle-image velocimetry. Measurement Science and Technology, 11(6):685–691, may 2000.

[14] Stamhuis, Eize J. Basics and principles of particle image velocimetry (piv) for mapping biogenic and biologically relevant flows. Aquatic Ecology, 40(4):463–479, 2006.

[15] Soria, Julio. An investigation of the near wake of a circular cylinder using a video-based digital cross-correlation particle image velocimetry technique. Experimental Thermal and Fluid Science, 12(2):221 – 233, 1996.

[16] Keane, Richard D. and Adrian, Ronald J. Theory of crosscorrelation analysis of piv images. Applied Scientific Research, 49(3):191–215, 1992.

[17] Westerweel, J., Dabiri, D., and Gharib, M. The effect of a discrete window offset on the accuracy of cross-correlation analysis of digital piv recordings. Experiments in Fluids, 23(1):20–28, 1997.

[18] Scarano, F. and Riethmuller, M. L. Iterative multigrid approach in piv image processing with discrete window offset. Experiments in Fluids, 26(6):513–523, 1999.

[19] Huang, H. T., Fiedler, H. E., and Wang, J. J. Limitation and improvement of piv. Experiments in Fluids, 15(4):263– 273, 1993.

[20] Jambunathan, K., Ju, X. Y., Dobbins, B. N., and Ashforth-Frost, S. An improved cross correlation technique for particle image velocimetry. Measurement Science and Technology, 6(5):507–514, may 1995.

[21] Scarano, F. and Riethmuller, M. L. Advances in iterative multigrid piv image processing. Experiments in Fluids, 29(1):S051–S060, 2000.

[22] Frigo, M. and Johnson, S. G. The design and implementation of fftw3. Proceedings of the IEEE, 93(2):216–231, Feb 2005.

[23] Lourenco, L. and Krothapalli, A. On the accuracy of velocity and vorticity measurements with piv. Experiments in Fluids, 18(6):421–428, Apr 1995.

[24] Roesgen, T. Optimal subpixel interpolation in particle image velocimetry. Experiments in Fluids, 35(3):252–256, Sep 2003.

[25] Nobach, H and Honkanen, M. Two-dimensional gaussian regression for sub-pixel displacement estimation in particle image velocimetry or particle position estimation in particle tracking velocimetry, Apr 2005.

[26] Nogueira, J, Lecuona, A, and Rodríguez, P A. Data validation, false vectors correction and derived magnitudes calculation on PIV data. Measurement Science and Technology, 8(12):1493–1501, dec 1997.

[27] Westerweel, Jerry and Scarano, Fulvio. Universal outlier detection for piv data. Experiments in Fluids, 39(6):1096– 1100, Dec 2005.

[28] Garcia, Damien. Robust smoothing of gridded data in one and higher dimensions with missing values. Computational Statistics & Data Analysis, 54(4):1167 – 1178, 2010.

[29] Thielicke, William. The flapping flight of birds: Analysis and application. Ph.D. thesis, University of Groningen, 2014.