Het bepalen van 3D stromingen via Multi-camera Light Field Imaging

Het algemene doel van de volgende video is om een overzicht te geven van een driedimensionale beeldvormingstechniek die een 3D-snelheidsveld kan opleveren. Dit wordt bereikt door gekalibreerde camera's te gebruiken om de beelden te verzamelen die nodig zijn om het lichtveld te bemonsteren. Als tweede stap wordt het lichtveld opnieuw geparameteriseerd, wat een stapel van beelden produceert die een 3D-weergave van het stroomsveld vormen.

Vervolgens wordt de stapel van beelden nabewerkt met behulp van een cross-correlatie-algoritme om de 3D-snelheidsveldvectoren te verkrijgen. De resultaten tonen een tijdsafhankelijk 3D-stroomsveld in de wake van een vibrerend synthetisch stembandmodel dat als testobject wordt gebruikt. Er worden ook resultaten getoond voor de techniek toegepast op een bellenveld.

Ga je gang. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden is dat we kunnen meten in volumes die meer deeltjes, bellen of druppels bevatten. Deze methode kan inzicht geven in vloeistofstromingen en kan worden uitgebreid naar andere toepassingen, zoals het meten van de vorm van een vlam en de rol die snelheid speelt bij verbranding, en zelfs het meten van het collectieve gedrag van diergroepen zoals vogelzwermen.

Over het algemeen zullen nieuwkomers in deze techniek worstelen omdat de hoeveelheid gegevens overweldigend kan worden, maar we denken dat we een handleiding hebben ontwikkeld voor het gebruik van deze methode. Okay. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de camera- en kalibratie-instellingen behoorlijk anders zijn dan bij het gebruik van een enkele camera-aanpak. We zullen deze experimenten uitvoeren in Dr. Scott Thompson's BYU Biofluids lab met de hulp van zijn afstudeerstudent, Jesse Daley.

De eerste stap is het bepalen van de grootte van het meetvolume, evenals de temporele en ruimtelijke resolutie die nodig is voor het onderzoeken van het vloeistofstromingsexperiment. Hier zal de methode worden gebruikt om 3D synthetische opening deeltjesbeeld voor verliessymmetrie te verrichten op de luchtstroom geïnduceerd door een synthetische stemband. Het meetvolume is 50 bij 50 bij 25 millimeter kubiek, en de kortste tijdschalen die moeten worden vastgelegd zijn 10 microseconden.

Schat vervolgens de optische dichtheid die aanwezig zal zijn in het experiment om het aantal camera's te bepalen dat nodig is om beelden met een goede signaal-ruisverhouding te herfocussen. Hogere zaadverdunningsdichtheden vereisen meer camera's op dit moment in een deeltjesbeeld. Voor O-symmetrie experimenten moeten de deeltjes per pixel ook worden berekend. Monteer camera's in een array-configuratie op een frame zodat elke camera het meetvolume van verschillende gezichtspunten kan bekijken.

Stel vervolgens de afstand tussen de resterende camera's in de array in. Het uit elkaar zetten van de camera's verbetert de ruimtelijke resolutie in de dieptedimensie ten koste van de totale oplosbare diepte. Voor gegevensopname.

Bij het bekijken, bevestig de camera's aan een centrale computer. Plaats een visueel doelwit, zoals een kalibratieraster, in het midden van het meetvolume. Gebruik het beeld van de middelste camera van de array als referentie en beweeg de hele array-frame dichter bij of verder weg van het meetvolume om de gewenste vergrotingshoek of camera's te bereiken zodat het visuele doelwit in het midden van het meetvolume ongeveer gecentreerd is in elk camerabeeld.

Met de openingen volledig open op elke cameralens, focus elke camera op het visuele doelwit. Plaats een kalibratiedoelwit aan de achterkant van het meetvolume. Zorg ervoor dat het doelwit in het gezichtsveld van elke camera staat.

Als dat niet het geval is, pas dan de afstand tussen de camera's en het meetvolume aan en/of de camera-afstand. Doe hetzelfde met een kalibratiedoelwit aan de voorkant van het volume en herhaal tot de voor- en achterkant in zicht zijn. In alle camera's.

Sluit de opening van elke camera totdat het doelwit scherp is. Wanneer geplaatst op een willekeurige positie binnen het meetvolume voor elke camera, kan aanvullende verlichting nodig zijn met de opening gesloten. Om te beginnen, bepaal de geschikte methode voor het verlichten van het meetvolume op basis van de specifieke meetmethode die wordt toegepast op het stromingsveld.

Voor deze demonstratie wordt een 1000 hertz dubbele pulslaser gebruikt. Gebruik optische lenzen om de laser in een lichtvolume te vormen dat het meetvolume bedekt. Ten slotte, wanneer klaar voor gegevensverzameling, wees voorbereid om het volume met tracerdeeltjes te zaaien die geschikt zijn voor deeltjesbeeld.Loc.

Symmetriemetingen zoals beschreven in de referenties. Als vuistregel is een beelddichtheid van 0,05 tot 0,15 deeltjes per pixel geschikt voor de meeste experimenten met acht of meer camera's. Voor een vast aantal camera's neemt het aantal deeltjes per pixels af.

Voor grotere volumediepte-dimensies. Een kritieke stap is kalibratie. Dit kan worden gedaan met of zonder de tracerdeeltjes.

Als u een multicamera-zelfkalibratie-algoritme gebruikt zoals in deze demonstratie, stel dan een referentiecoördinatensysteem in het meetvolume in. Hier wordt het kalibratieraster geplaatst in het midden van de stemband In een vaste oriëntatie ten opzichte van het referentiecoördinatensysteem, gebruik een object met een bekende geometrie als kalibratiedoelwit. In dit geval kan het kalibratieraster in het multicamera-zelfkalibratiealgoritme of de locaties van de kalibratiedoelwitten willekeurig zijn, behalve degene die precies wordt gecontroleerd.

Dat vestigt het referentiecoördinatensysteem In elke camera, leg een afbeelding van het doelwit vast op elke locatie. Identificeer punten op het doelwit in elke camera. Voor elk beeld voor zelfkalibratie, moet elk geïdentificeerd punt op het doelwit zich in het beeld van elke camera bevinden.

Echter, expliciete locatie van de punten in het referentiecoördinatensysteem is alleen vereist voor de punten die geassocieerd zijn met het precies gelokaliseerde doelwit. Om gegevens voor kwantitatieve tijdsafhankelijke lichtveldbe