[논문]호모지니어스 좌표계를 이용한 3차원 스테레오 PIV 알고리듬의 개발

김미영; 최장운; 남구만; 이영호

doi:10.3795/ksme-b.2003.27.6.736

[국내논문] 호모지니어스 좌표계를 이용한 3차원 스테레오 PIV 알고리듬의 개발
Development of 3-D Stereo PIV by Homogeneous Coordinate System 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.27 no.6 = no.213, 2003년, pp.736 - 743

김미영 (한국해양대학교 대학원) , 최장운 ((주)아이아이티) , 남구만 ((주)아이아이티) , 이영호 (한국해양대학교 기계.정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

A process of 3-D particle image velocimetry, called here, as '3-D stereo PIV' was developed for the measurement of an illuminated slied section field of 3-D complex flows. The present method includes modeling of camera by a calibrator based on the homogeneous coordinate system, transfromation of the oblique-angled image to the right-angled image, identification of 2-D velocity vectors by 2-D cross-correlation equation, stereo matching of 2-D velocity vectors of two cameras, accurate calculation of 3-D velocity vectors by homogeneous coordinate system, removal of error vectors by a statistical method followed by a continuity equation criterior, and finally 3-D animation as the post processing. An experimental system was also used for the application of the proposed method. Three analog CCD cameras and an Argon-Ion Laser(300mW) for illumination were adopted to capture the wake flow behind a bluff obstacle.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 본걱적인 3차원 유동장의한 단면상의 속도벡터를 PIV로 계측하기 위하여 효모지 니어스 좌표계 와 상호상관식을 이용한 2프레임의 3차원 스테레오 PIV 기법을 제안하였다. 영상좌표를 사용하여 3차원 위치 정보를 획득함으로서 카메라 보정에 관한 오차를 줄일 수 있었다.

제안 방법

3차원 스테레오 PIV률 적용하기 위해서 3차원 개방형 순환수조를 제작하고 입구 하단에 게드브z.형의 장에물을 설치하여 Vortex를 인위적으로 생성하는 가시화 실험을 행하였디..
. 또한 2 대의 카메라를 사용 했을 때의 속도벡터의 오류벡터의 결과와 3 대의 카메라를 사용하였율 때 속도 벡터의 오류 벡터의 결과를 비교 검토하였다.
1은 본 연구에서 구성된 3자-인 스테게오 P1V 알고리듬의 흐름도를 나타낸다. 2대 이상의 카메라를 사용해서 이미 지그래버를 통하여 영상 올 획득하고. 얻어진 영상의 좌표점들과 카메라 검 정모델의 지상좌표점들을 이용하여 카메라모델링 작업을 한다.
2대 이상의 카메라를 사용해서 이미 지그래버를 통하여 영상 올 획득하고. 얻어진 영상의 좌표점들과 카메라 검 정모델의 지상좌표점들을 이용하여 카메라모델링 작업을 한다. 취 득된 원시영상은 카메라 각도와 위치에 따라 영상의 왜곡이 발생하므로 원 시영 상을 원래의 실제사물의 크기비로 보정 을 행하 卫.
영상으로의 투영과정은 카메라의 병진이동, 회전이동, 원근운동(scaling), 투영 변환(perspective transform) 등의 여러 매 개 변수 뜰로 구성된다. 본 인구 에서 는 카 메 라 검 정 모델 의 지 상좌표게 와 잉 상좌표 계 로-부터 변환행렬을 구하였다. 지상좌표 (X, 匕Z) 와영 상좌표 의 관게는 식 (1)과 같다.
4의 (a)와 같이 획뜩된 영상은 실제 즉 정 단면의 크기를 재현함에 있어서 외I곡이 날생함으- 로 식 (6)의 투.영변환식을 사용하여 영상좌표외, 측정단면의 지상좌표 사이의 왜곡보징 변환계수를 구하여 왜곡된 원시영상을 보정한다.
따라시 이러한 속도쎅터를 가지고 보간을 행하면 잘못된 벡터값이 주빈으로 전파된다. 이를 방지하기 위하여 P1V에 의해 계산된 속도벡터 분포에 주목하여 국소적인 흐름의 연속성을 기본으로 하는 알고리듬을 확장하여 오류벡터릂 정도 높게 검출할 수 있는 방법을 채택하였다. "속 도백 비가 오류벡터이면 국소적인 흐름의 연속싱이파괴된다”라는 전제조건 하에서 주목하고 있는 격자점 근빙 영역의 속노징보로부터 속도의 공간변화량을 고차징도의 차분식으로 계산하고 이 값을 이용하여 오류뻭터룔 검출한다.
표현된다. 검출 방법은 점 尸의 벡터를 포함함으로서 흐름의 연속성이 만 쪽 되지 않는 깋우. 즉, 식 (10)의 Z)값이 식 (11)의 역치 DM을 넘을 때에는 점 尸의 속노 벡터는 오#벡터로 판단한다.
카메라로 촬영한 영상들은 이미지보드를 통해 동시에 컴퓨터로 저장'되며, 연속하는 두 프레임의 영상을 사용하이 3차원 스테레오 PIV 알고리듬에 적용하였다. Fig.
영상좌표를 사용하여 3차원 위치 정보를 획득함으로서 카메라 보정에 관한 오차를 줄일 수 있었다. 영상보정 작업을 행하여 각각의 카메라에 대하여 임의의 각도에서 촬영하더라도 스트레오 정합을 행할 수 있게 하였다. 3대의 카메라를 이용한 3 차원 속도벡터를 구하는 기비을 개발하였으며.
영상보정 작업을 행하여 각각의 카메라에 대하여 임의의 각도에서 촬영하더라도 스트레오 정합을 행할 수 있게 하였다. 3대의 카메라를 이용한 3 차원 속도벡터를 구하는 기비을 개발하였으며. 2 디)의 히"배 타를 이용하여 3차원 속도벡 터률 砂하- 는 것보다 정도 높게 3차원 속도벡터률 획득하였디■.
제시하였다. 제안된 기법을 유 동장에 적용하기 위하여, 개방헝 순환수쪼에 계단모형의 장애물을 설치 하여 .*류-:; 밤생시켰 으며, 3대의아날보그카메라 및 아르곤 이온 례이져를 이용하여 영상을 학보하였고, 3차원 유동장의한 단뗜에서의 깊이 방쨩의 속도성분을 갖는 속도쌕터를연속직으로 획득하였다.

대상 데이터

제안된 기법을 유 동장에 적용하기 위하여, 개방헝 순환수쪼에 계단모형의 장애물을 설치 하여 .*류-:; 밤생시켰 으며, 3대의아날보그카메라 및 아르곤 이온 례이져를 이용하여 영상을 학보하였고, 3차원 유동장의한 단뗜에서의 깊이 방쨩의 속도성분을 갖는 속도쌕터를연속직으로 획득하였다. 향후에논 3차윈 스태게오 PIV 계측에 수반하는 쑬확싨싱 성분에 대한 체계적인 고찰과 함께, 본격적인 3차원 유 동장에 대한 적용례를 보고 할 예정이다.

성능/효과

본격적인 실험에 앞서 카메라. 검정모델를사용하여 검증함으로써 싨험의 오차률 줄일 수 있다. Fig.
10에서는 오류벡터가 13개로 나타났다. 여러 영상에 다)해 2대의 카메라를 사용하여 속도벡터륧검출하고, 동일한 조건에서 3대의 카메라를 사용하여 속도벡터를 검출한 결과 모두 3대의 카메라룰 사용하였을 경우에 2대의 카메라를 사용하였을 때 보다 속도벡터의 오류벡티 수가 감소함을 알 수 있었다. Fig.
영상좌표를 사용하여 3차원 위치 정보를 획득함으로서 카메라 보정에 관한 오차를 줄일 수 있었다. 영상보정 작업을 행하여 각각의 카메라에 대하여 임의의 각도에서 촬영하더라도 스트레오 정합을 행할 수 있게 하였다.

후속연구

*류-:; 밤생시켰 으며, 3대의아날보그카메라 및 아르곤 이온 례이져를 이용하여 영상을 학보하였고, 3차원 유동장의한 단뗜에서의 깊이 방쨩의 속도성분을 갖는 속도쌕터를연속직으로 획득하였다. 향후에논 3차윈 스태게오 PIV 계측에 수반하는 쑬확싨싱 성분에 대한 체계적인 고찰과 함께, 본격적인 3차원 유 동장에 대한 적용례를 보고 할 예정이다.

참고문헌 (14)

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