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मल्टी कैमरा लाइट फील्ड इमेजिंग के माध्यम से 3 डी फ्लो फील्ड्स निर्धारण

doi: 10.3791/4325 Published: March 6, 2013

Summary

तरल प्रवाह के एक श्रृंखला के लिए मात्रात्मक इमेजिंग तीन आयामी (3 डी) के प्रदर्शन के लिए एक तकनीक प्रस्तुत किया है. लाइट फील्ड इमेजिंग के क्षेत्र से अवधारणाओं का उपयोग करना, हम छवियों के arrays से 3 डी संस्करणों का पुनर्निर्माण किया. हमारे 3D परिणाम वेग क्षेत्रों और बहु ​​- चरण बुलबुला आकार वितरण सहित एक व्यापक रेंज अवधि.

Abstract

द्रव यांत्रिकी के क्षेत्र में, कम्प्यूटेशनल योजनाओं का संकल्प प्रयोगात्मक विधियों आगे निकल गईं है और भविष्यवाणी की है और द्रव प्रवाह में मनाया घटना के बीच की खाई चौड़ी हो. इस प्रकार, एक की जरूरत है एक सुलभ समस्याओं की एक श्रृंखला के लिए तीन आयामी (3 डी) डेटा सेट को हल करने में सक्षम विधि के लिए मौजूद है. हम प्रवाह क्षेत्रों के कई प्रकार के मात्रात्मक 3 डी इमेजिंग प्रदर्शन के लिए एक उपन्यास तकनीक मौजूद है. 3D तकनीक जटिल वेग क्षेत्रों और bubbly प्रवाह की जांच के लिए सक्षम बनाता है. इन प्रकार के माप के साधन के लिए चुनौतियों की एक किस्म मौजूद हैं. उदाहरण के लिए, ऑप्टिकली घने bubbly अवस्थायाँ प्रवाह पारंपरिक, गैर इनवेसिव प्रवाह माप ब्याज की मात्रा के आंतरिक क्षेत्रों के लिए ऑप्टिकल का उपयोग occluding बुलबुले के कारण तकनीक के द्वारा आसानी से नहीं imaged किया जा सकता है. प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग का उपयोग करके हम कैमरों की एक सरणी के लिए हर समय उदाहरण के लिए एक 3 डी बड़ा नक्शा पुनर्निर्माण के द्वारा कब्जा कर लिया छवियों reparameterize करने में सक्षम हैं, के बावजूदआंशिक मात्रा में occlusions. तकनीक एक सिंथेटिक एपर्चर (एसए) refocusing, जिससे एक 3D फोकल ढेर 1 कई कैमरों से चित्र के संयोजन के बाद कब्जा द्वारा उत्पन्न होता है के रूप में जाना जाता एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है. लाइट फील्ड इमेजिंग प्रकाश किरणों के बारे में के रूप में के रूप में अच्छी तरह से स्थानिक जानकारी कोणीय के कब्जा करने के लिए अनुमति देता है, और इसलिए 3 डी दृश्य पुनर्निर्माण के लिए सक्षम बनाता है. मात्रात्मक जानकारी तो 3 डी प्रसंस्करण एल्गोरिदम की एक किस्म का उपयोग पुनर्निर्माण से निकाला जा सकता है. विशेष रूप से, हम माप 3D कण छवि velocimetry (PIV) प्रदर्शन, एक 3 डी क्षेत्र में बुलबुले को निकालने और एक चंचल लौ की सीमा पर नज़र रखने के लिए प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग पर आधारित विधियां विकसित किया है. हम सिंथेटिक मुखर सिलवटों का एक सेट पर गुजर airflow की 3DPIV प्रदर्शन के लिए हमारे सेटअप के संदर्भ में लाइट फील्ड इमेजिंग पद्धति की बुनियादी बातों में मौजूद है, और एक बुलबुला entraining डूबनेवाला जेट तकनीक के आवेदन से प्रतिनिधि परिणाम दिखाने.

Protocol

1. 3 डी प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग सेटअप

  1. माप मात्रा के आकार का निर्धारण करने के रूप में के रूप में अच्छी तरह से अस्थायी और स्थानिक संकल्प द्रव का प्रवाह अध्ययन किया जा रहा प्रयोग की जांच के लिए आवश्यक द्वारा शुरू करो.
  2. अनुमानित ऑप्टिकल घनत्व है कि प्रयोग में उपस्थित होने के क्रम में अच्छा संकेत करने वाली शोर अनुपात (SNR) 1, 2 (PIV लिए एक जैसे पिक्सेल प्रति कणों की गणना करना चाहिए) के साथ refocused छवियों को उत्पन्न करने के लिए आवश्यक कैमरों की संख्या निर्धारित करने के लिए होगा. यहां प्रस्तुत सिंथेटिक मुखर परतों के साथ 3 डी SAPIV प्रयोग के लिए, हम 8 कैमरों का उपयोग और पिक्सेल प्रति 0.05-0.1 कणों (पीपीपी) के एक बोने घनत्व प्राप्त करने की उम्मीद है. यह संख्या 13 कैमरों के आसपास तक पहुँच रिटर्न ह्रासमान के साथ कैमरे की बढ़ती संख्या के साथ बढ़ जाती है; SNR 5 कैमरों के नीचे तेजी से कम हो जाती है.
  3. एक ऐसी है कि प्रत्येक कैमरे अलग अलग दृष्टिकोण से माप मात्रा देख सकते हैं फ्रेम पर एक सरणी विन्यास में कैमरे माउंट.
  4. एक केंद्रीय कंप्यूटर डेटा पर कब्जा करने और देखने के लिए कैमरों संलग्न.
  5. फोकल वांछित बढ़ाई और ऑप्टिकल काम दूरी के लिए उचित लंबाई के साथ लेंस का चयन करें. आमतौर पर, तय फोकल लम्बाई लेंस के एक ही प्रकार प्रत्येक कैमरे के लिए प्रत्येक छवि में इसी तरह बढ़ाई उत्पन्न करने के लिए मुहिम शुरू की है.
  6. माप मात्रा के केंद्र में एक दृश्य (जैसे एक अंशांकन ग्रिड के रूप में) लक्ष्य रखें.
  7. एक संदर्भ के रूप में सरणी के केंद्र कैमरा से छवि का उपयोग करना, पूरे कैमरा सरणी फ्रेम के करीब या माप मात्रा से दूर स्थानांतरित करने के लिए वांछित बढ़ाई प्राप्त.
  8. अगला सरणी में शेष कैमरों अलग. रिक्ति आगे एक दूसरे से अलग कैमरों कुल रिजॉल्वेबल गहराई 1 की लागत में गहराई आयाम में स्थानिक संकल्प में सुधार है. नोट: हम गहराई का उपयोग Z आयाम है, जो कैमरों के प्रति सकारात्मक है (चित्रा 1 देखें) का उल्लेख है. गहराई का अनुपातविमान संकल्प लगभग द्वारा दिया जाता है 1 समीकरण , जहां Z मात्रा में गहराई है, दूरी कैमरों की मात्रा के सामने है, और डी एस कैमरा रिक्ति के अनुपात है.
  9. ऐसे सभी कैमरों कि माप मात्रा के केंद्र में दृश्य लक्ष्य लगभग प्रत्येक कैमरे की छवि में केंद्रित है कोण.
  10. प्रत्येक कैमरे के लेंस पर पूरी तरह से खुला apertures के साथ, प्रत्येक कैमरे दृश्य लक्ष्य पर ध्यान केंद्रित.
  11. माप मात्रा की पीठ पर एक अंशांकन लक्ष्य रखें. सुनिश्चित करें कि लक्ष्य प्रत्येक कैमरे के दृश्य में है, अगर यह तो कैमरों और माप की मात्रा और / या कैमरा रिक्ति की जरूरत समायोजन (कदम 1.7-1.8) के बीच की दूरी नहीं है.
  12. प्रत्येक कैमरे के एपर्चर जब तक लक्ष्य प्रत्येक कैमरे में ध्यान में है.
  13. दोहराएँ टी में लक्ष्य के साथ 1.11-1.12 कदमवह माप मात्रा के सामने. अंशांकन लक्ष्य 2 चित्रा के समान होने के बाद प्रत्येक कैमरा निकाला जाता है चाहिए.

2. वॉल्यूम रोशनी सेटअप

  1. माप प्रवाह क्षेत्र के लिए लागू किया जा रहा विशिष्ट माप पद्धति पर आधारित मात्रा को रोशन करने के लिए उपयुक्त विधि का निर्धारण करते हैं. (PIV) कण छवि velocimetry के लिए एक लेजर मात्रा में प्रयोग किया जाता है.
  2. कि इच्छित माप का अस्थायी समाधान प्राप्त कर सकते हैं एक पल्स दर के साथ एक लेजर का चयन करें. लेजर भी हो सकता है समय हल के लिए स्पंदित या तीन फ्रेम straddling के लिए डबल स्पंदित.
  3. ऑप्टिकल लेंस का प्रयोग करने के लिए एक प्रकाश की मात्रा है कि माप मात्रा कवर में लेजर बीम बनाने के लिए.
  4. अनुरेखक PIV 3 मापन के लिए उपयुक्त कणों के साथ मात्रा बीज. तरल में कणों की एकाग्रता काफी बड़े के लिए वांछित स्थानिक संकल्प को प्राप्त होना चाहिए, लेकिन बड़े SNR में कम करने के लिए नहीं तोएसए एक स्वीकार्य स्तर से नीचे छवियों refocused. 1 संदर्भ प्राप्त बोने घनत्व की एक गहन अध्ययन होता है, लेकिन पिक्सेल प्रति 0.05-0.15 कणों के अंगूठे का एक नियम के रूप में एक छवि घनत्व (पीपीपी) 8 या अधिक कैमरों के साथ सबसे अधिक प्रयोगों के लिए उपयुक्त है. कैमरों की एक निश्चित संख्या के लिए पिक्सल प्रति कणों गहराई आयाम के लिए बड़ी मात्रा घट जाती है.

3. कैमरा सरणी अंशांकन

  1. अंशांकन माप मात्रा भर में कई स्थानों में एक अंशांकन लक्ष्य (एक बिसात ग्रिड उदाहरण के लिए, 2 चित्र देखें) के साथ प्रत्येक कैमरे में छवियों की एक श्रृंखला पर कब्जा करने की आवश्यकता है. या तो एक बहु कैमरा आत्म अंशांकन विधि या एक ज्ञात अंशांकन लक्ष्य इमेजिंग है कि ठीक हित के क्षेत्र के माध्यम से ले जाया जाता है: सबसे पहले, अंशांकन के दो प्रकार के बीच का चयन करें.
  2. माप मात्रा में एक संदर्भ समन्वय प्रणाली की स्थापना. इस प्रणाली समन्वय अक्सर एक तरह से है कि प्रासंगिक है च में चुना जाता हैया प्रयोग (जैसे एक सिलेंडर की धुरी के साथ गठबंधन है, एक फ्लैट प्लेट, आदि के अग्रणी धार पर प्रारंभिक). यहाँ हम XY Z अक्ष (चित्रा 1) के साथ अंक पर गठबंधन विमान में हमारे ग्रिड जगह चुना है.
  3. यदि एक बहु कैमरा का उपयोग कर आत्म अंशांकन एल्गोरिथ्म 4, 5 यादृच्छिक अंशांकन लक्ष्य स्थानों का एक स्थान है कि ठीक संदर्भ समन्वय प्रणाली में स्थित है के लिए छोड़कर, हो सकता है. यह ठीक स्थित लक्ष्य पर अंशांकन अंक के स्थान उच्च सटीकता के साथ जाना चाहिए. प्रत्येक कैमरे में, प्रत्येक चित्रा 2 के समान स्थान में लक्ष्य की एक छवि पर कब्जा.
  4. यदि आत्म अंशांकन एल्गोरिथ्म का उपयोग कर एक बहु कैमरा नहीं है, तो अंशांकन लक्ष्य ठीक जैसे कि संदर्भ समन्वय प्रणाली में लक्ष्य के उन्मुखीकरण के उच्च सटीकता के साथ जाना जाता है माप मात्रा में किया जाना चाहिए कई स्थानों में रखा गया है. प्रत्येक कैमरे में, प्रत्येक स्थान में लक्ष्य की एक छवि पर कब्जा.
  5. लक्ष्य पर प्रत्येक कैमरे में प्रत्येक छवि के लिए अंक पहचानें. आत्म अंशांकन के लिए, सभी कैमरों की छवि बिंदु correspondences 5 आवश्यक हैं, लेकिन स्पष्ट संदर्भ छवि बिंदु correspondences केवल ठीक स्थित लक्ष्य द्वारा उत्पन्न अंक के लिए आवश्यक हैं. ठीक से तय की अंशांकन विधि के लिए, स्पष्ट संदर्भ छवि बिंदु correspondences सभी कैमरों में सभी बिंदुओं के लिए आवश्यक हैं.
  6. लागू चुने अंशांकन सभी कैमरों जांचना एल्गोरिथ्म. यहाँ हम एक बहु कैमरा आत्म अंशांकन एल्गोरिथ्म 4, 5 (खुला स्रोत का उपयोग करने के लिए चुना है http://cmp.felk.cvut.cz/ ~ SVOBODA / / SelfCal ) और जिसके परिणामस्वरूप ब्याज के विमानों के सापेक्ष कैमरा स्थानों 3 चित्र में दिखाया गया है.

4. समय ट्रिगर, और डेटा संग्रह

  1. मात्रात्मक, समय हल प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग सभी ग की आवश्यकताameras और रोशनी स्रोतों सही सिंक्रनाइज़, अक्सर एक प्रासंगिक प्रयोगात्मक घटना.
  2. एक बाहरी पल्स जनरेटर कैमरा जोखिम और रोशनी दृश्यों को ट्रिगर करने के लिए प्रयोग किया जाता है. पल्स जनरेटर पर उचित समय नाड़ी दृश्यों कार्यक्रम है. मुखर गुना प्रयोग के लिए, हम एक दृश्य फ्रेम straddling, जिससे लेजर एक कैमरा जोखिम के अंत करने के लिए करीब स्पंदित है और अगले 3 की शुरुआत के पास का उपयोग करें.
  3. यदि एक प्रयोगात्मक घटना से ट्रिगर सुनिश्चित करने के लिए, कि एक उचित संकेत उत्पन्न होता है और पल्स जनरेटर के लिए इनपुट.
  4. अगर मैन्युअल ट्रिगर, पल्स जनरेटर ट्रिगर के लिए प्रावधान करने की.
  5. कैमरा और करने के लिए चुना ट्रिगर विधि के माध्यम से रोशनी अनुक्रम कब्जा की शुरुआत से प्रयोगात्मक डेटा पर कब्जा शुरू करो.
  6. हालांकि यह तुच्छ लगता है, जब एक कैमरा बहु प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग प्रयोग के साथ जुड़े डेटा की बड़ी राशि प्राप्त करने के लिए एक अच्छा नामकरण परिपाटी cru हैcial. कैसे डेटा पर कब्जा करने से अंतिम विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा जब नामकरण परिपाटी के विकास पर विचार करने के लिए यह उपयोगी है.

5. सिंथेटिक एपर्चर refocusing

  1. अब हम छवियों के एक 3 डी फोकल ढेर उत्पन्न करने के लिए एक synthetically refocused मात्रा का उत्पादन होगा. सबसे पहले, फोकल विमानों और समग्र refocusing गहराई refocused मात्रा में इस्तेमाल किया जा के बीच अंतर को परिभाषित 1 समीकरण 1, 7. आमतौर पर, फोकल हवाई जहाज़ रिक्ति आधा गहराई संकल्प के लिए सेट कर दिया जाता है और कुल refocusing गहराई क्षेत्र द्वारा शासित है जहां दृश्य ओवरलैप के सभी क्षेत्रों कैमरा. फोकल विमानों सीधा संदर्भ समन्वय प्रणाली के z-अक्ष होगा.
  2. पैमाने पर परिभाषित करने के लिए प्रक्षेपण पर माप मात्रा में छवियों के लिए लागू होते हैं. पैमाने पर कच्चे छवियों की प्रशंसा के साथ संगत होना चाहिए क्रम में से बचनेमहत्वपूर्ण नमूने या पुनः प्रक्षेपित छवियों के तहत नमूने.
  3. प्रत्येक कैमरे की छवि विमान और प्रत्येक कृत्रिम फोकल हवाई जहाज़ के बीच परिवर्तनों की स्थापना.
  4. छवि preprocessing का प्रदर्शन करने के लिए पृष्ठभूमि शोर को हटाने और तीव्रता में 1, 7 छवियों के बीच मतभेद के लिए समायोजित.
  5. सिंथेटिक फोकल विमानों पर पुनः प्रक्षेपित छवियों, पैमाने और फिर नमूना छवियों लागू होते हैं. का एक सेट Matlab कार्यों में निर्मित (छवि प्रसंस्करण Toolbox एक) विमान विमान परिवर्तनों को देखते हुए इन कार्यों को संभाल कर सकते हैं.
  6. प्रत्येक कृत्रिम फोकल हवाई जहाज़ पर, या तो additive या multiplicative SA refocusing 1 एल्गोरिथ्म, 7 लागू होते हैं. , 3D SAPIV अनुप्रयोगों के लिए हम additive एसए (के रूप में मुखर सिलवटों को यहाँ लागू) के साथ अच्छी सफलता मिली है. Backlit बुलबुला छवियों के लिए, के multiplicative SA बेहतर परिणाम सामने आए है. के रूप में एक चेक अंशांकन छवियों के एक विमान को refocusing लागू करने के लिए देखने के लिए अगर पुनर्निर्माण की उम्मीद के रूप में प्रकट होता है.

    6. पोस्ट प्रसंस्करण मात्रा

    1. मात्रा कि प्रकाश क्षेत्र उत्पन्न में मूल वस्तुओं का अनुमान एक प्रसंस्करण कदम पुनर्निर्माण के रूप में जाना जाता है की आवश्यकता है. कई एल्गोरिदम ढाल आधारित ध्यान मेट्रिक्स के लिए सरल 1 थ्रेशोल्डिंग 7 तीव्रता अधिक जटिल 3D deconvolution 8 से लेकर मौजूद हैं. एक आवेदन के लिए उपयुक्त पुनर्निर्माण एल्गोरिथ्म चुनें. PIV के लिए, हम दोनों तीव्रता thresholding और 3 डी deconvolution के साथ सफलता पड़ा है. हम यहाँ thresholding तीव्रता एक फोकल ढेर फार्म का उपयोग करें. 1 समय (1 टी) और 2 (2 टी) से दो फोकल ढेर पार एक वेक्टर क्षेत्र के रूप में करने के लिए सहसंबद्ध हैं. 3 डी प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग विधि वस्तुओं में स्वाभाविक परिणाम है, कि गहराई आयाम में लम्बी हैं जो PIV शुद्धता को प्रभावित कर सकते हैं, एक अच्छा पुनर्निर्माण एल्गोरिथ्म इस बढ़ाव को कम करने के प्रयास करता है.
    2. कदम के बाद पुनर्निर्माण, मात्रा में सुविधाओं या पूर्व की आवश्यकता हो सकती हैआकार के माप के लिए अनुमति देने के tracted, आकार, आदि निकासी की सुविधा के लिए इस्तेमाल किया एल्गोरिदम और विविध 7 आवेदन पर निर्भर करता है. बुलबुले को निकालने के लिए, उदाहरण के लिए, बुलबुला सुविधाओं स्थानीयकृत और उनके आकार को परिभाषित करने का एक साधन की आवश्यकता है. PIV अनुप्रयोगों के लिए, हम स्पष्ट रूप से कण नहीं निकाल कर और इस कदम को छोड़ दिया जा सकता है.
    3. , 3D SAPIV अनुप्रयोगों के लिए छोटे पूछताछ खंडों में पुनर्निर्माण मात्रा पार्स और एक उपयुक्त पार से संबंध आधारित PIV वेक्टर क्षेत्र 1, 3 उपाय एल्गोरिथ्म लागू.

    एक maketform: नक्शे और एक maketform से परिवर्तनों पर आधारित छवि resamples: विमान परिवर्तन और imtransform एक विमान constructs है.

Representative Results

उच्च गुणवत्ता वाले कच्चे PIV छवियों समान रूप से वितरित काली पृष्ठभूमि (4a चित्रा) के खिलाफ उच्च विपरीत के साथ प्रदर्शित होने के कण होते हैं. छवि के पार रोशनी गैर वर्दी के लिए क्षतिपूर्ति, छवि पूर्व प्रसंस्करण उज्ज्वल क्षेत्रों को निकालने के लिए, इसके विपरीत समायोजित और सभी कैमरों (4b चित्रा) से सभी छवियों में तीव्रता histograms मानक के अनुसार किया जा सकता है. जब प्रयोग एक उपयुक्त घनत्व को वरीयता दी गई है और एक सटीक अंशांकन किया जाता है, एसए refocused छवियों फोकस कणों में प्रत्येक गहराई विमान (5 चित्रा) पर प्रकट होगा. यदि माप मात्रा वरीयता प्राप्त खत्म हो गया है, refocused छवियों में SNR यह मुश्किल कणों को फिर से संगठित करने के लिए कम हो जाएगा. SA refocused अच्छा SNR साथ छवियों लिए प्रत्येक गहराई विमान पर ध्यान केंद्रित कणों में बनाए रखने के लिए thresholded जा सकता चित्रा 6 Z = -10.6 मिमी गहराई विमान में दो बार कदम से दो thresholded छवियों से पता चलता है. thresholded volume तो पूछताछ के संस्करणों है कि 3 PIV प्रदर्शन के लिए कणों की एक पर्याप्त संख्या में होते में पार्स है. पार्स मात्रा के लिए एक 3DPIV एल्गोरिथ्म लागू एक द्रव वेग 7 चित्रा में दिखाया क्षेत्र पैदावार, इस मामले में, प्रवाह क्षेत्र है कि एक मॉडल मुखर गुना से प्रेरित है. जेट के बाहर प्रवाह क्षेत्र का वेग बहुत छोटा है, इस प्रकार बहुत कुछ वैक्टर इस क्षेत्र के बाहर देखा जा सकता है. = 0 टी मिसे में मुखर गुना बंद है और इस क्षेत्र में बहुत कम वेग मौजूद है. टी में विमान में सबसे बड़ी गति = 1 सकारात्मक y दिशा में मिसे चलता रहता है और टी = 2 से 4 मिसे से तीव्रता में कम कर देता है. टी = 5 मिसे में गुना बंद कर देता है जेट वेग और चक्र को कम करने दोहराया है. इन छवियों को पिछले कई 9 लेखकों, जो 100 औसत छवियों के लिए वर्तमान के रूप में प्रत्येक क्षेत्र वेग प्रस्तुत समय में एक एकल स्नैपशॉट का प्रतिनिधित्व करता है के रूप में एक ही चिकनाई नहीं है. संदर्भ का एक बिंदु के रूप में, पिछले सिमुलेशन की गणना पर ठेठ त्रुटियों से पता चला हैघ वेग 5-10% के आदेश पर प्रत्येक वेग, घटक है जिसमें PIV एल्गोरिथ्म ही 1 से त्रुटि पर हो; एल्गोरिथ्म हम प्रयोग कर रहे हैं (11 MatPIV 3 डी के लिए अनुकूलित) के लिए, इस त्रुटि के लिए बड़े रिश्तेदार को हो जाता है अन्य कोड.

Bubbly प्रवाह वैज्ञानिक ब्याज की एक और क्षेत्र है कि लाइट फील्ड इमेजिंग के 3 डी क्षमताओं से लाभ प्राप्त कर सकते हैं कर रहे हैं. SA तकनीक इसी तरह bubbly प्रवाह क्षेत्रों में, जहां लेजर प्रकाश फैलाना सफेद backlighting, चित्रा 8a में दिखाया गया जहां बुलबुले किनारों सफेद पृष्ठभूमि के खिलाफ अंधेरा दिखाई जैसे कि छवियों में जो परिणाम के साथ बदल दिया है के लिए लागू किया जा सकता है. आत्म अंशांकन के बाद, एसए एल्गोरिथ्म के variant multiplicative तेजी से गहराई विमान बुलबुले की गहराई और अन्य विमानों पर दृष्टि से धुंधला करने के लिए इसी पर ध्यान केंद्रित बुलबुले के साथ एक केंद्र ढेर उपज के लिए लागू किया जा सकता है, के रूप में 8b घ चित्र में दिखाया गया 7. सरल thresholding नहीं हैबुलबुले, बजाय उन्नत सुविधा निष्कर्षण एल्गोरिदम की एक श्रृंखला को निकालने के लिए एक पर्याप्त विधि 7 में विस्तृत रूप में उपयोग किया जाता है.

चित्रा 1
और कैमरों के लेबल के साथ मुखर परतों के चित्रा 1. छवि और प्रणाली के समन्वय.

चित्रा 2
चित्रा 2 Z = 0 मिमी अंशांकन ग्रिड के रूप में सभी 8 कैमरों से देखा.

चित्रा 3
चित्रा 3 बहु कैमरा आत्म अंशांकन उत्पादन से कैमरा सेटअप के Topview. 1-8 कैमरा संख्या और हलकों के साथ स्थित उनके सामान्य देखने directio के साथ कर रहे हैं,n एक लाइन के द्वारा संकेत दिया. मूल के पास लाल बूँद वास्तव 400 + प्रत्येक Z गहराई पर अंशांकन ग्रिड कैमरों के लिए 3 डी में साजिश रची अंक.

चित्रा 4
चित्रा 4 कण 1 टी और टी 2 (एक और ख) में # 6 कैमरे से देखा क्षेत्र के कच्चे चित्र. के बाद ही छवियों पूर्व प्रसंस्करण (सी और डी).

चित्रा 5
चित्रा 5: बाएं से दाएं. कच्चे refocused गहराई (एक) Z = -5.9 मिमी, (ख) -10.6 मिमी और (ग) -15.3 मिमी SAPIV छवियों.

चित्रा 6
चित्रा 6. Threshoसमय कदम (एक) 1 टी और (ख) z = -10.6 मिमी 2 टी lded छवियों.

7 चित्रा
7 चित्रा 6 बार कदम के लिए सिंथेटिक मुखर सिलवटों द्वारा बनाई गई जेट के तीन आयामी सदिश क्षेत्र. बाएं हाथ की ओर पूरे 3D वेग क्षेत्र के एक isometric दृश्य दिखाता है. Xy और yz विमानों की कटौती मुखर गुना के केंद्र के माध्यम से किया जाता है, के रूप में प्रत्येक स्तंभ के ऊपर संकेत.

चित्रा 8
8 चित्रा बाएं से दाएं: कैमरा सरणी से bubbly प्रवाह क्षेत्र और गहराई में refocused (ख) Z = -10 मिमी, (ग) 0 मिमी और (घ) 10 मिमी छवियों के कच्चे छवि.चक्र एक बुलबुला कि जेड = -10 मिमी गहराई विमान पर झूठ पर प्रकाश डाला गया है, और अन्य विमानों पर दृश्य से गायब हो जाता है. बुलबुला प्रयोगों का विवरण 4 में पाया जा सकता है.

Discussion

कई कदम एक लाइट फील्ड इमेजिंग प्रयोग के समुचित निष्पादन के लिए महत्वपूर्ण हैं. लेंस चयन और कैमरे के स्थान को ध्यान माप मात्रा के भीतर संकल्प को अधिकतम करने के लिए चुना जाना चाहिए. अंशांकन शायद सबसे महत्वपूर्ण कदम है, के रूप में SA refocusing एल्गोरिदम सटीक अंशांकन के बिना तेजी से ध्यान केंद्रित छवियों का उत्पादन असफल हो जायेगी. सौभाग्य से, बहु कैमरा आत्म अंशांकन प्रयास की एक अपेक्षाकृत कम स्तर के साथ सही अंशांकन सुविधा. सभी छवियों कि ब्याज और पृष्ठभूमि की वस्तुओं के बीच अच्छा विपरीत प्रदान करता है में वर्दी रोशनी भी आवश्यक है, हालांकि छवि प्रसंस्करण छवियों एक डिग्री करने के लिए मानक के अनुसार कर सकते हैं.

समय भी महत्वपूर्ण है, जब मात्रा में है कि वस्तुओं हिल पर एसए प्रदर्शन. यदि प्रत्येक कैमरे के लिए एक ही समय में एक छवि ले नहीं शुरू हो रहा है, छवि पुनर्निर्माण स्पष्ट रूप से गलत होगा. इस पेपर में प्रयोगों के लिए हम समय अनुक्रम का उपयोग7 चित्रा में hown.

3 डी प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग अनुप्रयोगों यहाँ प्रस्तुत एक स्थानिक संकल्प व्यापार बंद शामिल. उदाहरण के लिए, 3 डी SAPIV ऑप्टिकली घने कण छवियों से कण संस्करणों के पुनर्निर्माण, कर सकते हैं लेकिन कणों एक मात्रा (संभावित बड़े) भर में वितरित कर रहे हैं. 2D PIV कण एक पतली शीट पर वितरित कर रहे हैं, और इस तरह एक ही कण घनत्व के साथ छवियों माप मात्रा में एक बहुत बड़ा घनत्व के अनुरूप. बहरहाल, 3 डी SAPIV विधि बहुत बड़ा बोने घनत्व के लिए अनुमति देता है कि अन्य 3 डी PIV तरीकों के 1. एक अन्य संभावित सीमित विचार अपेक्षाकृत बड़े कम्प्यूटेशनल तीव्रता लाइट फील्ड इमेजिंग तरीकों के साथ जुड़े है, कम्प्यूटेशनल जटिलता छवि आधारित tomographic-PIV 10 के रूप में 3 डी पुनर्निर्माण के तरीकों के लिए विशिष्ट है.

इस प्रयोग के लिए हम 8 Photron SA3 सिग्मा 105 मिमी मैक्रो लेंस के साथ लगे कैमरे और एक Quantronix दोहरी डार्विन एन डी: YLF लेजर (532 एनएम, एम.जे. 200). कैमरों और लेजर एक बर्कली नाभिकीय भौतिकी 575 BNC डिजिटल जनरेटर / देरी नाड़ी के माध्यम से एक साथ synched रहे थे. द्रव का प्रवाह Expancel भरा गिलास microspheres हीलियम के साथ वरीयता प्राप्त किया गया था. microspheres 0.15 छ / सीसी के घनत्व के साथ 70 सुक्ष्ममापी की एक औसत व्यास था. हम शैक्षिक समुदाय के लिए यहाँ हमारी वेबसाइट के माध्यम से इस्तेमाल किया कोड के खुला स्रोत संस्करण प्रदान करते हैं http://www.3dsaimaging.com/ और हम उपयोगकर्ताओं हमें प्रतिक्रिया देने के लिए और सुधार और आपूर्ति मात्रात्मक प्रकाश क्षेत्र समुदाय के लिए उपयोगी कोड में भाग लेने के लिए प्रोत्साहित करते हैं.

Disclosures

हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

हम उपकरण और BYU में सिंथेटिक एपर्चर एल्गोरिदम के विकास के वित्तपोषण के लिए शुक्रिया अदा करना NSF अनुदान 1126862 # CMMI, उपकरण और NUWC में विकास के वित्तपोषण के लिए घर में प्रयोगशाला स्वतंत्र (Ilir) रिसर्च फंड (डॉ. टोनी Ruffa ने निगरानी) न्यूपोर्ट, और धन SLT, DJD और JRN और मुखर गुना प्रयोगों और उन्नत ऑप्टिकल टेक्नोलॉजीज में अरलैंगेन ग्रेजुएट स्कूल के SLT का आंशिक समर्थन के लिए विश्वविद्यालय (SAOT) से संबंधित डेटा के लिए NIH / NIDCD अनुदान R01DC009616. अंत में, रॉकी पर्वत धन JRN के लिए नासा के अंतरिक्ष अनुदान कंसोर्टियम.

References

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मल्टी कैमरा लाइट फील्ड इमेजिंग के माध्यम से 3 डी फ्लो फील्ड्स निर्धारण
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Truscott, T. T., Belden, J., Nielson, J. R., Daily, D. J., Thomson, S. L. Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging. J. Vis. Exp. (73), e4325, doi:10.3791/4325 (2013).More

Truscott, T. T., Belden, J., Nielson, J. R., Daily, D. J., Thomson, S. L. Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging. J. Vis. Exp. (73), e4325, doi:10.3791/4325 (2013).

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