北京航空航天大學(xué)流體力學(xué)研究所、流體力學(xué)教育部重點實驗室的研究人員不久前發(fā)布了一種單相機(jī)三維流場測速新方法。他們在相機(jī)與被測流場之間加裝一個三棱面特效透鏡，光線通過該透鏡三個棱面的折射，能實現(xiàn)多相機(jī)不同視角成像的效果，然后經(jīng)過三維粒子的重構(gòu)，實現(xiàn)三維體PIV的測量，進(jìn)而用于流體力學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的深入研究。相關(guān)成果發(fā)表于今年8月的《中國科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》。

三維體粒子圖像測速（Volumetric PIV）技術(shù)通過追蹤空間測量體內(nèi)流場示蹤粒子的圖像，來實現(xiàn)流場三維測速。但是早期的三維體PIV技術(shù)由于受到實驗條件和算法的限制，只能測量示蹤粒子濃度較低的流場。

“早期多相機(jī)透視法同樣具有流場示蹤粒子濃度的問題。”該項目負(fù)責(zé)人、北京航空航天大學(xué)流體力學(xué)研究所講師高琪在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時介紹說，“直到2006年，層析式粒子圖像測速法（TPIV）提出，粒子濃度低的問題才得到了質(zhì)的改善，測量精度也實現(xiàn)了大幅度提高?！?/p>

但是，TPIV屬于多相機(jī)透視PIV技術(shù)，最大的缺點是實驗平臺復(fù)雜，至少要采用三四個相機(jī)；同時，整個平臺的搭建和各部件之間的同步控制難度很大，操作性較差，數(shù)據(jù)量也大，不利于該技術(shù)的推廣。

“受三維曲面重構(gòu)中使用的多棱面透鏡技術(shù)的啟發(fā)，我們首次將其運用到了流體力學(xué)測量之中。研發(fā)的單相機(jī)TPIV在保證現(xiàn)有TPIV測量精度的前提下，大大簡化了實驗的復(fù)雜程度，提高了實用性?！备哏鲗τ浾哒f。

研究人員將單相機(jī)實現(xiàn)TPIV的新技術(shù)應(yīng)用于零質(zhì)量射流渦環(huán)的測量中，經(jīng)過對三維空間標(biāo)定、標(biāo)定函數(shù)的自修正和三維粒子重構(gòu)進(jìn)行誤差分析，結(jié)果表明，該新方法能夠獲得零質(zhì)量射流渦環(huán)三維流動結(jié)構(gòu)的時序結(jié)果，且具有較高的測量精度。

與傳統(tǒng)TPIV技術(shù)相比，單相機(jī)層析粒子圖像測速新技術(shù)的不足之處主要在于單相機(jī)的有效成像區(qū)域較三臺相機(jī)小。

“但由于其操作起來比較簡單，平臺搭建成本低，在流體力學(xué)、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域都可以靈活運用?！备哏髦赋觯拔覀兡壳罢蛩銓⒃摷夹g(shù)應(yīng)用于實驗室模擬左心室內(nèi)流動的前期研究。對于許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的體外模型研究，由于觀測區(qū)域較小，動態(tài)測量數(shù)據(jù)量較大，采用這項單相機(jī)技術(shù)是非常理想的?！?/p>