用于误差分析与实验设计的变密度环境下 PIV/BOS 合成图像生成
图像与视频处理
2019-07-24 v1 流体动力学
光学
摘要
我们提出了一种基于光线追踪的图像生成方法，可用于在密度/折射率梯度存在下渲染粒子图像测速（PIV）与背景导向纹影（BOS）实验的真实图像。该方法支持对空气热力学实验进行仿真，以服务于实验设计、误差与不确定度分析。图像通过从示踪粒子或点阵图案发出光线，并使其穿过密度梯度场与光学元件传播至相机传感器而生成。所渲染的图像真实可信，并能复现特定实验装置的特征，如可人为引入用于误差分析的光学像差与透视效应。我们通过模拟一个 BOS 实验来演示该方法，其中已知密度场取自均匀浮力驱动湍流的 direct numerical simulations（DNS，直接数值模拟），并将光线追踪所得光线位移与 BOS 理论结果进行比较。光线位移与参考数据吻合良好。该方法为进一步发展用于 PIV 与 BOS 应用的实验设计及图像分析工具开发的仿真工具提供了框架。我们所提方法的 Python-CUDA 程序实现已作为开源软件向研究者提供。
引用
@article{arxiv.1812.05902,
title = {PIV/BOS Synthetic Image Generation in Variable Density Environments for Error Analysis and Experiment Design},
author = {Lalit K. Rajendran and Sally P. M. Bane and Pavlos P. Vlachos},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.05902},
year = {2019}
}
备注
11 pages, 4 figures. Submitted to Measurement Science and Technology