三維粒子跟蹤測速系統(tǒng)中的三維重構(gòu)技術(shù)研究的開題報告

三維粒子跟蹤測速系統(tǒng)中的三維重構(gòu)技術(shù)研究的開題報告一、選題背景及意義三維粒子跟蹤測速系統(tǒng)（3D-PTV）是一種非接觸式測量流場中流體運動的方法。在3D-PTV系統(tǒng)中，通過高速攝像機(jī)拍攝流場中的粉末或液滴等微粒運動軌跡，然后根據(jù)這些軌跡信息計算出流場的速度場分布。3D-PTV技術(shù)具有高精度、高空間分辨率和非侵入性等優(yōu)點，在氣體動力學(xué)、水動力學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，3D-PTV技術(shù)的數(shù)據(jù)處理過程非常復(fù)雜，其中一個重要環(huán)節(jié)是三維重構(gòu)。三維重構(gòu)是將攝像機(jī)拍攝到的二維顆粒軌跡重建成三維空間軌跡的過程，準(zhǔn)確的三維重構(gòu)是保證3D-PTV系統(tǒng)測量結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。二、研究內(nèi)容和目標(biāo)基于當(dāng)前三維重構(gòu)技術(shù)存在的問題和不足，本課題旨在開展三維重構(gòu)技術(shù)的研究。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）建立三維坐標(biāo)系和相機(jī)成像模型，實現(xiàn)將二維顆粒軌跡映射到三維空間的轉(zhuǎn)換；（2）根據(jù)像素匹配算法實現(xiàn)粒子在相鄰兩幀圖像中的匹配，并計算出粒子在三維空間中的坐標(biāo)；（3）通過橢球體擬合算法對粒子的三維坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化；（4）對三維重構(gòu)算法進(jìn)行實驗驗證和性能分析，得到準(zhǔn)確可靠的三維重構(gòu)結(jié)果。三、研究方法和步驟本課題主要采用以下步驟進(jìn)行研究：（1）系統(tǒng)學(xué)習(xí)三維重構(gòu)相關(guān)理論和技術(shù)，包括空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、像素匹配算法、橢球體擬合算法等；（2）建立三維坐標(biāo)系和相機(jī)成像模型，并編寫三維重構(gòu)算法程序；（3）在3D-PTV實驗平臺上進(jìn)行實驗，得到二維顆粒軌跡數(shù)據(jù)，并進(jìn)行像素匹配、三維優(yōu)化處理和重構(gòu)，得到三維顆粒軌跡數(shù)據(jù)；（4）對實驗結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，進(jìn)行算法優(yōu)化和改進(jìn)。四、預(yù)期成果及應(yīng)用價值本課題擬期完成三維重構(gòu)技術(shù)的研究，預(yù)期成果包括以下幾個方面：（1）建立基于像素匹配和橢球體擬合算法的三維重構(gòu)技術(shù)；（2）實現(xiàn)三維重構(gòu)算法程序，并進(jìn)行實驗驗證；（3）對三維重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行性能分析，得到準(zhǔn)確可靠的三維顆粒軌跡數(shù)據(jù)；（4）應(yīng)用3D-PTV系統(tǒng)獲取流體運動的速度分布，具有廣泛的應(yīng)用價值，可用于氣體動力學(xué)、水動力學(xué)等領(lǐng)域。五、進(jìn)度安排預(yù)計研究周期2年，大致進(jìn)度安排如下：第一年1.1學(xué)習(xí)三維重構(gòu)相關(guān)理論和技術(shù)；1.2建立三維坐標(biāo)系和相機(jī)成像模型；1.3編寫像素匹配算法程序；1.4驗證像素匹配算法在三維重構(gòu)中的應(yīng)用效果。第二年2.1開發(fā)橢球體擬合算法，并與像素匹配算法相結(jié)合；2.2優(yōu)化