用于求取顆粒在多個時間點時的變化的空間分布的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于求取顆粒的在以時間間隔前后相繼的多個時間點時的變化的空間分布的方法，該方法針對這些時間點中的每個時間點具有在權利要求1的前序部分舉出的步驟。
[0002]顆粒在不同時間點時的分布的求取尤其可用于如下目的:定量地檢測包含有顆粒的流體的流動。這樣可重構所關注的流動的速度場。這種做法被稱為顆粒跟蹤測速法(Particle Tracking Velocimetry, PTV)。
[0003]取代物理微粒，其變化的空間分布被求取的顆粒也可涉及其他由于其光學特征而能成像的物理對象，例如棱邊、密度波動、最大光強分布等。
【背景技術】
[0004]由DE 10 2009 009 551 B4已知一種用于確定被包含有可光學探測的顆粒的流體流動經(jīng)過的測量體積中的流動關系的方法，該方法針對多個時間點中的每個時間點具有在獨立權利要求1的前序部分中舉出的步驟。根據(jù)該已知方法，在每個時間點時，顆粒的真實三維分布的多個真實二維圖像借助于在空間上相互錯開地布置的、相同多個的圖像探測器來記錄。針對每個圖像探測器確定一個成像函數(shù)，真實分布通過圖像探測器以所述成像函數(shù)成像。此外，針對每個時間點預先給定一個估計的空間分布。從這個估計的空間分布出發(fā)，迭代地求取真實空間分布直到所希望的精度。在此，應用成像函數(shù)來計算該估計的分布的虛擬二維圖像。通過比較來求取所述虛擬圖像和分別對應的真實圖像之間的區(qū)別；并且，根據(jù)所求取的區(qū)別來改變估計的分布。尤其關于各個顆粒的位置來進行對估計的分布的所述改變。估計的分布的每個改變可在以下假設下被檢驗可信度:非邊緣的顆粒不會從對應的測量體積中消失。
[0005]估計的空間分布的預先給定的具體起源在由DE 10 2009 009 551 B4已知的方法中應該是不重要的。例如，顆粒的估計的空間分布的預先給定應當可以是一定數(shù)量被估計的顆粒的理論上計算的分布，其中，應當可能由從試驗結構已知的顆粒密度得出與數(shù)量有關的估計。然而，這種預先給定在實際中被證明不適合用于從估計的空間分布出發(fā)目標明確地達到具有所希望的精度的實際空間分布。因此，在由DE 10 2009 009 551 B4已知的方法的實際應用中，運用其他的估計機制，這些估計機制基于，由在對應時間點時所記錄的真實二維圖像來三維重構空間分布。尤其，可將各個顆?？臻g位置的被事先實施的確定的結果作為預先給定量來使用，所述實施基于各個顆粒在真實圖像中的位置通過三角測量法(Triangulat1n)進行。由于要針對每個時間點實施的這種三角測量法，產生了附加于迭代步驟的大計算耗費，用于從估計的空間分布到達實際空間分布。此外，最大的顆粒濃度由于三角測量法的應用限制而受限。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的任務在于，提供一種用于求取顆粒的在以時間間隔前后相繼的多個時間點時的、變化的空間分布的方法，該方法針對所述時間中的每個時間點具有在權利要求1的前序部分中舉出的步驟，該方法能以特別小的計算耗費實現(xiàn)顆粒的實際空間分布的具有對應希望精度的精確確定。
[0007]本發(fā)明的任務通過具有獨立權利要求1特征的方法解決。從屬權利要求涉及該方法的優(yōu)選實施方式。
[0008]用于求取顆粒的在多個以時間間隔前后相繼的時間點時的、變化的空間分布的根據(jù)本發(fā)明的方法，其針對所述時間點中的每個時間點具有如下步驟:(i)在各時間點時通過不同的、起作用的成像函數(shù)記錄所述顆粒的真實二維圖像；(ii)預先給定所述顆粒的估計的空間分布；(iii)通過不同成像函數(shù)計算所述估計的空間分布的虛擬二維圖像；(iv)檢測具有相同成像函數(shù)的虛擬二維圖像和真實二維圖像之間的差別；和(V)為了減小所述差別而改變所述顆粒的估計的空間分布，以便獲得在所述時間點時近似于所述顆粒的實際空間分布的空間分布。在此，針對至少一個時間點預先給定所述顆粒的估計的空間分布，其方式是，根據(jù)各個顆粒的位置在針對至少兩個其他的時間點所近似的空間分布之間已如何移動，使各個顆粒的位置在針對一個其他的時間點所獲得的、經(jīng)近似的空間分布中移動。
[0009]對于根據(jù)本發(fā)明的方法的特征組合作出如下指示。在根據(jù)本發(fā)明的方法中針對以時間間隔前后相繼的多個時間點的每個時間點實施步驟(i)到(V)，這不排除也以其他方式(例如基于真實圖像的借助于三角測量法的評估)在其他時間點時、尤其在較早的時間點時預先給定顆粒的估計的空間分布，在所述其他時間點時還不存在針對更早時間點所近似的空間分布可供使用。
[0010]不同的有效的成像函數(shù)(通過所述成像函數(shù)在每個時間點時記錄顆粒真實二維圖像)在這些時間點上保持相同，或者必須補償這些成像函數(shù)所出現(xiàn)的變化。不同成像函數(shù)尤其包括不同的成像方向。至少應用兩個不同的、具有不同成像方向的成像函數(shù)。但是，用于記錄顆粒圖像所使用的攝像機的數(shù)量也可能顯著地大于兩個。
[0011]對具有相同成像函數(shù)的虛擬二維圖像和真實二維圖像之間的差別的檢測以及為了減小該差別而對估計的空間分布的改變尤其可涉及顆粒在這些二維圖像中的位置和顆粒在空間分布中的空間位置。但是，在原則上也還可考慮其他的參數(shù)，如在DE 10 2009 009551 B4述及的。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，也可兩次或多次迭代重復步驟(iii)到(V)，用于使所述近似的空間分布步進式地匹配實際的空間分布，直到例如不再高于關于各個顆粒位置的最大誤差。對于這些也參閱DE 10 2009 009 551 B4上的每個細節(jié)。
[0013]針對所述一個和所述至少兩個其他的時間點所近似的空間分布可以涉及針對較早的或較晚的時間點所近似的空間分布。也適用于下文中僅提及較早的時間點的一些陳述。應這樣理解這些陳述，它們也相應地適用于跟隨所述至少一個時間點的時間點。但是經(jīng)常，針對所述一個和所述至少兩個其他時間點所近似的、在針對所述至少一個時間點預先給定估計的空間分布時被考慮的空間分布總地針對較早的或較晚的時間點被近似。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，為了預先給定顆粒的估計的空間分布，一方面利用各個顆粒在針對較早的時間點所獲得的近似的空間分布中的位置，并且另一方面利用各個顆粒的位置在針對至少兩個較早的時間點所近似的空間分布之間的移動。由此，顆粒的估計的空間分布的預先給定依據(jù)如下假設:顆粒至少基本延續(xù)其迄今為止的軌跡。如果顆粒甚至精確地延續(xù)它們迄今為止的軌跡并且這些軌跡通過在較早的時間點時確定的空間分布已被完全檢測，則在預先給定的估計的空間分布的計算出的虛擬二維圖像和針對對應的時間點所記錄的真實二維圖像之間完全不出現(xiàn)區(qū)別。換言之，僅當顆粒的軌跡不精確地如迄今為止那樣延續(xù)時，才存在差別，并且，顆粒的估計的空間分布的用于消除虛擬二維圖像和真實二維圖像之間差別的任何必要改變必須僅反映所述軌跡的該變化。相應地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，估計的空間分布一般與實際空間分布很相近，并且僅須少量迭代步驟來補償尚存的區(qū)別。由此，根據(jù)本發(fā)明的方法需要少量計算耗費并且相應的很快。
[0015]在此也要考慮，在根據(jù)本發(fā)明的方法中典型的方式涉及PTV方式，其中，本來就要檢測顆粒位置在這些在各個時間點時所確定的空間分布之間的移動，因為這些移動是在PTV中被關注的信息。但是由此，所有對于顆粒的針對下個時間點估計的空間分布的預先