超声速火焰的3DLIF可视化技术研究

为满足超燃冲压发动机燃烧诊断尤其是燃烧空间结构可视化的迫切需求，亟需实现超声速火焰三维测量。三维激光诱导荧光（3DLIF）技术作为一种立体测量技术具有超声速火焰三维测量的潜力。利用该技术的特点与优势，设计了基于扫描振镜的多平面3DLIF成像系统，在超声速同轴射流燃烧试验装置上实现了超声速火焰的多平面3DLIF空间结构可视化。为了实现大尺寸成像，提出了一种扩大扫描范围的片光整形方案，利用该方案获得了空间尺度50 mm×85 mm×20 mm、时间尺度5 ms的超声速火焰平均三维图像，对3DLIF技术用于超燃冲压发动机试验台架燃烧空间结构可视化进行了可行性分析，基于时均三维图像讨论了喷口火焰速度对火焰结构形状的影响。     

复杂固体边界流场的三维 PIV 测试技术：任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的 PIV 测试应用,以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求,发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息;并以基于MLOS-SMART 三维粒子场重构的 Tomo-PIV 算法计算三维速度矢量场,可同步获取三维表面结构运动／变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于 SURF（加速稳健特征）模式识别算法进行三维曲面重构,可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像,验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流 Tomo-PIV 数字合成粒子图像序列为验证对象,采用所发展的边界识别算法和 Tomo-PIV 算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。     

光场单相机三维流场测试技术

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合，实现单相机对空间三维瞬态流场（3D3C）的精确测量，为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术（MART）的粒子光场图像重构算法以及基于光线追迹的数字光场图像合成算法。利用DNS数字合成图像以及低速射流实验图像，将所发展的光场单相机三维流场测试技术（Light Field Particle Image Velocimetry，LF-PIV）与目前最成熟的三维流场测试技术层析PIV（Tomographic Particle Image Velocimetry，Tomo-PIV）进行对比研究分析。实验结果表明LF-PIV技术完全能达到与Tomo-PIV同等量级的测量精度。     

面向体三维显示器的图形算法设计

针对一种基于旋转双螺旋屏幕逐层扫描技术的体三维显示系统,设计并实现了一套支持真实空间三维显示的图形算法体系.算法核心主要包括立体图元的体素化,切片图像渲染和投影同步控制等3个环节.图形系统通过离散三维网格模型获取体三维显示需要的体数据,并根据螺旋屏幕的几何特征将物体的体数据集渲染成切片图像序列发送至高速投影单元,在保持投影与屏幕旋转同步的情况下,快速变换的投影图像基于视觉暂留融合成具有真实物理深度的三维影像.算法在体三维显示器样机上进行了验证,显示的三维影像占据真实物理空间,具备全方向观察角度,围绕显示器可直接观察到立体图像各个不同侧面,如同观察真实物体一样.     

提高图像轮廓清晰度的快速插值放大方法

分析了当前主要的高清晰度图像插值放大方法,为实现快速放大而选择了基于图像轮廓插值改善清晰度的技术路线,并在已有算法的基础上开展了进一步的研究.提出了新的图像轮廓线光顺数值算法,对轮廓线划分的两类子区域提出了精度更高的插值算法.最后,以典型平面图形的图像和由3DMax生成的三维渲染图像为例对本文方法进行检验,与双线性插值结果的对比说明,该方法可以明显改善插值放大效果.     

在SGI图形工作站上实现低空突防三维视景及跨平台实时仿真

研究了在SGI OCTANE工作站上，如何跨平台完成数据通信，并基于MultiGen Ⅱ/Vega软件实现低空突防三维视景实时仿真的方法。首先利用MultiGen Ⅱ建立仿真系统所必需的复杂三维模型，然后利用Vaga实现对飞机模型的三维驱动算法，最终以三维仿真的方式实现飞机沿景优航迹进行综合低空突防飞行的三维视景。本三维仿真系统不论从开发手段，还是在现有技术上，符合仿真系统三维化的发展趋势，符合虚拟现实及仿真系统网络化的要求，为综合低空突防提供了逼真的三维场景。     

面向生产过程的智能车间数字孪生建模及应用

数字孪生技术具有虚实融合的特性,智能车间数字孪生可以使生产过程透明化,利用实时数据可以有效指导车间生产。为实现基于数字孪生的生产过程可视化管控,提出了面向生产过程的智能车间数字孪生建模及应用。首先,建立了智能车间数字孪生系统体系架构。然后对系统实现的3项关键技术——基于点云拟合的三维几何模型构建方法、面向数据交互的对象链接与嵌入的过程控制统一架构（Object linking and embedding for process control unified architecture,OPC UA）信息建模方法、以及多源异构数据集成及虚实映射数据快速匹配方法进行了详细阐述;最后,对某发动机制造车间进行了数字孪生的实现,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于高速纹影/阴影成像的流场测速技术研究进展

本文对近年基于纹影/阴影成像的二维和三维速度场测量方法进行了综述，主要内容包括纹影成像的基本原理、硬件设备和测速算法的研究进展。在二维测速方面，介绍了纹影/阴影PIV算法、光流算法及改进算法的原理、适用场景以及优缺点。纹影特性改进光流测速算法可以实现高精度、高空间分辨率的速度场计算，适用范围相对较广。在三维粒子追踪测速方面，主要介绍了层析阴影成像、双视角平行光段阴影成像、双视角汇聚光段阴影成像三种系统的光路设置，并对各自采用的粒子重构和追踪算法进行了比较。双视角阴影成像系统的光路布置更为简洁，降低了对硬件设备的要求，在高速测量中更具优势。梳理了近年来三维粒子追踪测速算法的发展脉络，重点介绍了“先追踪–后重构”和“时间–空间耦合”的双视角三维粒子追踪测速算法。时间–空间耦合的三维粒子追踪测速算法充分利用了时间和空间信息，将时序信息引入立体匹配过程中，显著提升了双视角阴影成像系统在粒子图像密度较高时的重构正确率和追踪准确率，其整体性能优于多种人工智能算法。测速算法在上述方面取得的研究进展，结合短曝光、高帧频的图像采集优势，使得纹影/阴影成像成为一种新型的高帧频、高精度的速度测量技术，在复杂湍流及高瞬态流场实验研究中具有广泛的应用前景。     

基于离散点距离的三维线缆干涉检测算法

针对CREO三维线缆具有柔性可随意变形特性而引起难以进行干涉检测的问题,提出基于离散点距离的三维线缆干涉检测算法。该算法通过线缆中心线动态离散点对三维线缆进行表达,分析结构件的空间位置关系,利用线缆与线缆、线缆与结构件之间的空间位置关系进行干涉检测,实现了对三维线缆进行快速干涉检测的目的。最后在Visual Studio 2010与CREO 平台上采用C++语言和TOOLKIT工具对所提算法进行了验证。结果表明该算法具有较好的快速性与准确性,可以满足工程实际需求。     

基于层析原理的湍流火焰三维测量综述

实现对湍流火焰的三维测量是人们长期追求的目标之一。近十年,随着高速相机、激光、数值算法的高速发展,高时空分辨的三维燃烧诊断成为可能。对基于层析原理的三维燃烧诊断技术的发展与应用现状进行综述:首先介绍层析技术的原理以及相关算法的发展情况;其次对实现三维层析燃烧诊断的测量系统进行综述;再次,按照光学信号的分类,分别介绍层析技术结合发射光谱、激光诱导荧光、阴影/纹影、Mie散射等进行三维燃烧测量的应用情况;最后,从实际应用的角度出发,对层析三维燃烧诊断技术的发展提出展望。     

三角网格面自动铺丝定角度路径规划算法

研究三角网格曲面上的路径规划问题,以局部测地线为补充,提出了改进的定角度初始路径规划算法。该算法避免了传统参数化求解过程的无解和多解情况,尤其适用于曲率变化较大的复杂曲面和拼接曲面。采用等距覆盖算法来获得均匀的满铺路径,并分别提出基于路径样条线末端延伸和芯模曲面整体延拓的两种边界处理思路,以解决偏移路径无法到达曲面边界的问题。以某机翼模型为算例对上述算法进行验证,利用计算机辅助三维交互应用(Computer aided three-dimensional interactive application,CATIA)的逆向工程模块实现了完整的算法可视化,建立了三维建模软件与路径规划算法的系统关系。验证表明本文提出的算法可靠、系统、适应性强,具有工程应用价值。     

三维CT图象自动分割法

计算机断层扫描图象（ＣＴ）和核磁共振图象（ＭＲＩ）是诊断疾病和制定治疗方案与手术方案的主要依据之一，而分割ＣＴ和ＭＲＩ图象是定量分析其平面与三维信息的关键之一。本文先采用三维自适应滤波，在保留图象细节的前提下滤除高斯分布噪声和脉冲噪声，然后根据ＣＴ或ＭＲＩ各断层多阈值二值化图象采用区域自动增长算法实现了三维ＣＴ图象和ＭＲＩ图象的自动分割。最后给出了腹部ＣＴ图象的分割结果，该方法分割精度高，速度快，具有广泛的临床应用价值     

边界层综合诊断技术研究

给出了对二元翼型模型和三元三角翼模型表面边界层转捩用表面热膜技术、红外热像仪技术和液晶显示技术在同一风洞中同时进行显示和测量并进行比较的结果。对二元NACA-0012翼型表面边界层转捩点位置测量,三种方法都给出了相吻合的结果。三元的60°三角翼模型经过多次实验,测量结果表明表面热膜技术能够给出三角翼模型表面边界层转捩位置的定量侧量结果。红外热像仪技术和液晶显示技术研究在应用时受到环境条件的影响,在合适的条件下也能给出模型表面边界层转捩位置的定量结果。     

基于小波变换的数字地图数据压缩技术研究

针对数字地图数据的特点 ,提出了一种基于小波变换的数字地图压缩方法。文中主要研究了小波滤波器的选取、标量量化、自适应算术编码、压缩文件存储格式等问题 ,并就在给定精度要求的前提下如何获得最大压缩比的问题进行了深入研究。文末应用该方法对 5种不同类型的数字地图数据进行了压缩与解压缩测试。结果表明 ,该方法与其他方法相比较 ,能够在相同失真的情况下产生更大的压缩比。     

数据场可视化系统(DVS)和它的应用(英文)

探讨三个方面的问题，即数据场可视化的数据模型、体系结构以及应用。文章通过对应用领域的实际分析和综合。总结出常用的22种数据场的类型，依此提炼出了数据场可视化系统的数据模型和体系结构，文章还对相关的可视化方法作了介绍。根据文中提供的模型在Indigo2工作站上实现的一个数据场可视化系统已被应用于许多专业领域，文章最后给出了几个方面应用的结果。     

数字图象条纹细化——逐层削取方法

本文提出一种新方法来解决一般性的条纹细化问题,该方法可以广泛地应用于数字图象处理、模式识别、图象测量等技术领域。算法设计中采用了详尽的模块分析方法,所产生的条纹细化计算法非常有效,已经成功应用于激光全息测量——一种图象测量技术。     

基于数字地图预处理的实时航迹规划

地形跟随／地形回避，威胁回避（TF／TA2）实时航迹规划是自主式TF／TA2低空突防系统的关键技术之一，本文在数字地图预处理技术的基础上，提出了完全曲面的概念，从而使三维最优航迹规划转化为在安全曲面上的二维规划，降低民规划维数，减少了存储量和计算量，提高了实时航迹规划的速度，使之更适于在机载条件下实现，文中同时提出了对未预知崦由机载传感器实测到的障碍和威胁的处理方法，使最优航迹能有效地回避这些障碍和威胁，仿真结果表明，文中所提出的实时航迹规划算法是有效的。     

基于聚束照射SAR成像算法的条带SAR数据处理

为实现聚束照射合成孔径雷达（SAR）与条带模式SAR成像算法上的统一，本文利用两种模式之间的内在联系，将条带模式SAR数据分块处理，等效成聚束模式数据。然后，用聚束照射SAR成像算法实现条带数据的成像处理。针对具体数据，文中还对成像区大小的选择作了分析，并推导出成像长度与滤波器带宽应当满足的关系式。包场数据的处理严格证实了理论分析并验证了本文运用的方法。     

基于伯努利采样的高速摄像机图像实时压缩

高速摄像机被广泛应用于爆炸力学、流体力学、弹道观测等科研试验中。受电子系统存储带宽和容量限制,高速摄像机无法实现长时间拍摄。对拍摄图像进行压缩是延长高速摄相机拍摄时长的有效方法。然而,现有图像压缩方法因计算复杂度高、时间长,无法满足高速摄相机海量图像压缩需求。为此,提出一种低硬件成本的实时图像压缩方法:采用伯努利采样方法,在CCD或CMOS成像过程中,随机采样部分像素得到压缩图像;再通过未知像素估计算法重建压缩图像。模拟测试结果表明:当图像压缩率达到99%时,从重建图像中仍能观察到图像主要视觉信息,优于TOM拍摄图像的插值放大结果。