金娜，周骛，胡嘉睿，蔡小舒



单镜头运动颗粒三维定位方法

金娜，周骛，胡嘉睿，蔡小舒

(上海理工大学能源与动力工程学院，上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海，200093)

在光学离焦测距原理的基础上，提出一种采用单镜头双相机的运动颗粒三维定位方法，搭建图像法颗粒测量装置，并就图像离焦模糊度与颗粒深度位置关系进行理论和试验研究。系统采用分光棱镜连接1个镜头和2个相机，使用信号发生器实现两相机的同步拍摄，通过接圈调节相机与镜头的距离，获取同一时刻同一物体不同模糊程度的2张照片，根据模糊度的对比获得颗粒的深度。试验中选取2个图像传感器与镜头距离的差值为4.2 mm，采用静止圆点进行离焦测距系统试验验证，相对误差在10%以内，并采用该系统对电解食盐水产生的气泡进行三维离焦测距试验。研究结果表明：该方法可行性良好；该装置可解决单镜头拍摄颗粒场的离焦二义性问题，实现无参考物条件下运动颗粒场的深度重构。

运动颗粒；单镜头双相机；离焦测距；空间定位；离焦二义性

颗粒相流动广泛存在于科学研究与工程领域中，例如旋风分离器中的颗粒三维旋转流动以及柴油机中的燃料喷雾等，由于其瞬态及空间三维特性，使颗粒粒径、速度、体积分数、流量等参数的测量具有很大难度。目前，用于颗粒场测量的方法主要基于粒子的多普勒效应[1]与粒子成像[2]。前者包括激光多普勒测速仪(LDV)[3]和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)[4]，其中PDPA利用信号频率测量速度，利用信号相位测量粒径，但是这2种方法均对粒子球形度要求较高[5]。……