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第1章 概述1

1.1引言1

1.2粒子图像测速技术4

1.2.1粒子图像测速技术基本原理5

1.2.2粒子图像测速技术分类5

1.2.3 PTV系统的组成7

1.2.4典型PTV系统示例14

第2章 数字图像基础16

2.1图像的基本概念16

2.1.1图像的定义16

2.1.2图像的分类16

2.1.3数字图像的基本参数17

2.2数字图像采集方法20

2.2.1数字照相机20

2.2.2数字摄像机26

2.2.3 模拟摄像机+计算机图像采集卡28

2.3数字图像存储方法31

2.3.1存储器31

2.3.2文件存储格式32

2.4数字图像处理基础37

2.4.1图像增强与平滑38

2.4.2图像分割42

2.4.3图像边缘检测与提取45

2.4.4图像几何参数计算46

第3章 数字图像编程基础47

3.1图像编程概述47

3.1.1图像编程内容与编程环境47

3.1.2数字图像基础48

3.1.3位图基础：DDB与DIB49

3.1.4建立CDib类52

3.2图像的显示、读取与存储55

3.2.1设备上下文、调色板和灰度直方图55

3.2.2图像的存取编程57

3.2.3显示图像60

3.3图像的二值化62

3.3.1简单的灰度变换62

3.3.2非零元素取一法63

3.3.3固定阈值法64

3.3.4双固定阈值法65

3.4图像的阈值分割67

3.4.1阈值分割概述67

3.4.2直方图门限选择68

3.4.3半阈值选择分割70

3.4.4迭代阈值分割71

3.5图像的轮廓提取73

3.5.1轮廓提取概述73

3.5.2轮廓提取法74

3.5.3边界跟踪法75

3.6图像测量78

3.6.1图像区域标记78

3.6.2 面积测量83

3.6.3周长测量84

3.6.4质心测量86

3.7绘图基础87

3.7.1创建自己的图像87

3.7.2圆形88

3.7.3矩形91

3.7.4三角形92

3.8模拟图像的数字化编程98

3.8.1图像数字化设备98

3.8.2图像采集卡编程100

3.8.3示例103

第4章PTV匹配算法的对比分析105

4.1常用PTV匹配算法的原理105

4.1.1单独研究单个粒子的PTV算法106

4.1.2结合附近粒子研究单个粒子配对的PTV算法108

4.2 PTV匹配算法的评价方法120

4.2.1评价标准与评价方法120

4.2.2标准图像121

4.3常用PTV匹配算法的对比分析123

4.3.1水平粒子流动123

4.3.2波浪型粒子流动128

4.3.3漩涡型粒子流动134

4.3.4不同流场处理结果的讨论分析138

4.4本章小结139

4.4.1 PTV算法呈多样化趋势139

4.4.2 不同的PTV算法的计算效率差异较大139

4.4.3不同PTV算法的计算精度差异较大141

第5章PTV误差分析144

5.1 PTV误差概述144

5.1.1主要误差来源144

5.1.2 PTV误差分析方法147

5.2镜头变形的校正150

5.2.1试验方法和组次150

5.2.2测量结果151

5.2.3校正分析153

5.3流速梯度引起的误差分析155

5.3.1引言155

5.3.2平均速度与均方根速度156

5.3.3简单流动中误差估计158

5.3.4明渠紊流测速的误差分析158

5.3.5 小结163

5.4浓度梯度引起的误差分析163

5.4.1误差形式163

5.4.2误差分析165

5.4.3误差估计167

5.4.4确定合适的窗口尺寸169

第6章 单镜头平面二维PTV系统171

6.1系统的组成171

6.1.1硬件系统171

6.1.2软件系统172

6.2应用实例Ⅰ：泥沙颗粒的脉动特性185

6.2.1实验系统与水流条件185

6.2.2轻质沙的脉动特性190

6.2.3玻璃砂的脉动特性201

6.3应用实例Ⅱ：近壁区颗粒的运动特征207

6.3.1引言207

6.3.2 实验系统与水流条件208

6.3.3颗粒的运动轨迹213

6.3.4颗粒纵向运动速度分布216

6.3.5 颗粒垂向运动速度分布219

6.4明槽水流中颗粒运动的力学机理221

6.4.1纵向受力222

6.4.2垂向受力222

第7章 多相机平面二维PTV系统225

7.1引言225

7.2硬件系统226

7.2.1采集模块227

7.2.2传输模块227

7.2.3控制模块228

7.3软件系统228

7.3.1系统结构228

7.3.2采集模块229

7.3.3后处理模块229

7.3.4标定模块230

7.4系统特点231

7.4.1时间同步231

7.4.2示踪粒子232

7.4.3局域网扩展234

7.5三维表现236

7.5.1流场数据的三维可视化表现236

7.5.2流场可视化设置237

7.5.3流速查询238

7.5.4流场数据与三维场景的一体化表现239

7.6多相机PTV系统应用239

7.6.1三峡坝区泥沙模型试验239

7.6.2连云港核电站泥沙模型试验242

7.6.3上海洋山港模型试验244

7.6.4株洲航电枢纽模型试验246

7.6.5港珠澳大桥总体方案深化研究及工程物理模型试验247

第8章 三维立体PTV系统249

8.1引言249

8.2系统组成及其特点250

8.2.1系统组成250

8.2.2采集数字图像序列251

8.2.3粒子匹配254

8.2.4摄像机标定及坐标转换255

8.2.5测量精度及误差分析259

8.3推移质颗粒平均运动规律261

8.3.1试验方法261

8.3.2试验条件261

8.3.3颗粒的纵向速度264

8.3.4颗粒摩擦系数269

8.4推移质颗粒运动的紊动特性270

8.4.1计算方法271

8.4.2实测资料271

8.4.3 颗粒的纵向紊动特性273

8.4.4颗粒的垂向紊动特性275

8.4.5颗粒的横向紊动特性277

8.4.6推移层内的平均紊动特性278

8.5推移质运动速度的概率密度分布280

8.5.1概率密度分布沿垂向的变化280

8.5.2概率密度分布的偏态系数和峰态系数282

8.5.3概率密度分布平均特性的影响因素285

8.5.4小结289

8.6推移质单步运动的统计规律289

8.6.1颗粒运动形式289

8.6.2实测资料290

8.6.3典型跃移颗粒单步运动分析291

8.6.4单步运动参数的概率密度分布293

8.6.5跃移速度的概率密度分布296

8.6.6小结299

参考文献300