입자 추적 방식의 홀로그래피 3차원 속도 측정 시스템의 개발 Development of Holographic Velocimetry System for Measurements of 3D Particle Velocities Using Particle Tracking Method원문보기
최근, 광학적 유동장 계측과 관련된 연구의 초점은 실용적인 3차원 속도 계측 시스템의 개발로 집중되고 있으며, 3차원적 재현성이 우수한 홀로그래피 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구의 최종 목표는, 마이크로미터 크기의 입자를 기록, 재생할 수 있는 산란 물체광을 이용한 ...
최근, 광학적 유동장 계측과 관련된 연구의 초점은 실용적인 3차원 속도 계측 시스템의 개발로 집중되고 있으며, 3차원적 재현성이 우수한 홀로그래피 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구의 최종 목표는, 마이크로미터 크기의 입자를 기록, 재생할 수 있는 산란 물체광을 이용한 홀로그래피 시스템을 구축하고, 재생된 입자의 크기와 3차원 속도 측정을 위한 자동화된 영상 처리 시스템을 개발하는 데 있다. 이를 위하여, 펄스 레이저를 이용한 양방향 산란광 기록 시스템과 연속 레이저를 이용한 이미지의 재생 및 획득 시스템을 구축하였고, 입자의 크기 및 3차원 속도 성분 추출을 위한 이미지 처리 프로그램을 완성하였다. 예비 실험으로써, 산란광 홀로그래피의 영상 재현 특성을 이해하기 위하여, 기록 및 재생 조건에 따른 스펙클 배경과 재생 입자 영상의 특성을 고찰하였으며, 입자의 정확한 크기와 3차원 위치를 결정할 수 있는 방법을 구체화하였다. 특히, 입자의 광축 방향 위치 결정을 위한 입자 초점 결정 변수로 상관계수법, 선명도계수법, 깊이밝기계수법을 개발, 검증하였다. 실제 적용 대상으로 노즐에 의해 분사되는 액적에 대해서, 양 방향 좌표 보정과 입자 추적알고리즘을 적용하여, 최종적으로 입자 크기와 3차원 속도를 측정하였다. 이렇게 측정된 입자 크기와 3차원 속도는 레이저 입자 계측 장비(PDPA)의 결과와 어느 정도 잘 일치하여, 본 연구에서 개발된 3차원 입자 속도 측정을 위한 펄스 홀로그래피 시스템의 타당성을 확인하였다. 본 연구 결과는 3차원 입자 해석 분야에서 홀로그래피 기법을 적용하고자 하는 연구들의 중요한 기초 자료가 될 수 있을 것이다.
최근, 광학적 유동장 계측과 관련된 연구의 초점은 실용적인 3차원 속도 계측 시스템의 개발로 집중되고 있으며, 3차원적 재현성이 우수한 홀로그래피 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구의 최종 목표는, 마이크로미터 크기의 입자를 기록, 재생할 수 있는 산란 물체광을 이용한 홀로그래피 시스템을 구축하고, 재생된 입자의 크기와 3차원 속도 측정을 위한 자동화된 영상 처리 시스템을 개발하는 데 있다. 이를 위하여, 펄스 레이저를 이용한 양방향 산란광 기록 시스템과 연속 레이저를 이용한 이미지의 재생 및 획득 시스템을 구축하였고, 입자의 크기 및 3차원 속도 성분 추출을 위한 이미지 처리 프로그램을 완성하였다. 예비 실험으로써, 산란광 홀로그래피의 영상 재현 특성을 이해하기 위하여, 기록 및 재생 조건에 따른 스펙클 배경과 재생 입자 영상의 특성을 고찰하였으며, 입자의 정확한 크기와 3차원 위치를 결정할 수 있는 방법을 구체화하였다. 특히, 입자의 광축 방향 위치 결정을 위한 입자 초점 결정 변수로 상관계수법, 선명도계수법, 깊이밝기계수법을 개발, 검증하였다. 실제 적용 대상으로 노즐에 의해 분사되는 액적에 대해서, 양 방향 좌표 보정과 입자 추적 알고리즘을 적용하여, 최종적으로 입자 크기와 3차원 속도를 측정하였다. 이렇게 측정된 입자 크기와 3차원 속도는 레이저 입자 계측 장비(PDPA)의 결과와 어느 정도 잘 일치하여, 본 연구에서 개발된 3차원 입자 속도 측정을 위한 펄스 홀로그래피 시스템의 타당성을 확인하였다. 본 연구 결과는 3차원 입자 해석 분야에서 홀로그래피 기법을 적용하고자 하는 연구들의 중요한 기초 자료가 될 수 있을 것이다.
The Holographic Particle Velocimetry system can be a promising optical tool for the measurements of three dimensional particle velocities. The final goal of this research is the development of diffused illumination holographic system to measure the sizes and 3D velocities of moving particles based o...
The Holographic Particle Velocimetry system can be a promising optical tool for the measurements of three dimensional particle velocities. The final goal of this research is the development of diffused illumination holographic system to measure the sizes and 3D velocities of moving particles based on automatic image processing. First of all, basic optical systems for pulse laser recording, continuous laser reconstruction, and image acquisition, were constructed. As preliminary experiments, the characteristics of background speckles and reconstructed particle images were investigated qualitatively and quantitatively to understand the phenomenon of image formation by diffused illumination holography. Then, methods to determine the particle's size and 3D position were developed. Especially, to determine the position of particles in the optical axis, new three auto-focusing parameters(AFP), namely, Correlation Coefficient, Sharpness Index, and Depth Intensity were introduced and verified. The developed system was applied to spray droplets to validate the capability of the system. Three dimensional positions of particles viewed from two sides were decided using AFP and then 3D velocities of particles were extracted by particle tracking algorithm. Comparison of measurement results of sizes and 3D velocities of particles with those obtained by laser instrument, PDPA, showed good consistency of the developed holographic system.
The Holographic Particle Velocimetry system can be a promising optical tool for the measurements of three dimensional particle velocities. The final goal of this research is the development of diffused illumination holographic system to measure the sizes and 3D velocities of moving particles based on automatic image processing. First of all, basic optical systems for pulse laser recording, continuous laser reconstruction, and image acquisition, were constructed. As preliminary experiments, the characteristics of background speckles and reconstructed particle images were investigated qualitatively and quantitatively to understand the phenomenon of image formation by diffused illumination holography. Then, methods to determine the particle's size and 3D position were developed. Especially, to determine the position of particles in the optical axis, new three auto-focusing parameters(AFP), namely, Correlation Coefficient, Sharpness Index, and Depth Intensity were introduced and verified. The developed system was applied to spray droplets to validate the capability of the system. Three dimensional positions of particles viewed from two sides were decided using AFP and then 3D velocities of particles were extracted by particle tracking algorithm. Comparison of measurement results of sizes and 3D velocities of particles with those obtained by laser instrument, PDPA, showed good consistency of the developed holographic system.
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