Name: determining 3d flow fields via multi-camera light field imaging
Uploaded: 2013-03-06T12:00:00
Duration: 14 min 25 s
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हम उपकरण और BYU में सिंथेटिक एपर्चर एल्गोरिदम के विकास के वित्तपोषण के लिए शुक्रिया अदा करना NSF अनुदान 1126862 # CMMI, उपकरण और NUWC में विकास के वित्तपोषण के लिए घर में प्रयोगशाला स्वतंत्र (Ilir) रिसर्च फंड (डॉ. टोनी Ruffa ने निगरानी) न्यूपोर्ट, और धन SLT, DJD और JRN और मुखर गुना प्रयोगों और उन्नत ऑप्टिकल टेक्नोलॉजीज में अरलैंगेन ग्रेजुएट स्कूल के SLT का आंशिक समर्थन के लिए विश्वविद्यालय (SAOT) से संबंधित डेटा के लिए NIH / NIDCD अनुदान R01DC009616. अंत में, रॉकी पर्वत धन JRN के लिए नासा के अंतरिक्ष अनुदान कंसोर्टियम.

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	<li>Belden, J., Truscott, T. T., Axiak, M., Techet, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+synthetic+aperture+particle+imaging+velocimetry.">Three-dimensional synthetic aperture particle imaging velocimetry.</a> Measurement Science and Technology. 21 (12), 125403 (2010).</li><li>Wilburn, B., Joshi, N., Vaish, V., Talvala, E. -. V., Antunez, E., Barth, A., Adams, A., Horowitz, M., Levoy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+performance+imaging+using+large+camera+arrays.">High performance imaging using large camera arrays.</a> ACM Trans. Graph. 24, 765-776 (2005).</li><li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhaus, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry - A Practical Guide. , (2007).</li><li>Belden, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Auto-Calibration+of+Multi-Camera+Systems+with+Refractive+Interfaces.">Auto-Calibration of Multi-Camera Systems with Refractive Interfaces.</a> Experiments in Fluids. , (2013).</li><li>Svoboda, T., Martinec, M., Pajdla, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+convenient+multi-camera+self-calibration+for+virtual+environments.">A convenient multi-camera self-calibration for virtual environments.</a> PRESENCE: Teleoperators and Virtual Environments. 14 (4), 407-422 (2005).</li><li>Vaish, V., Garg, G., Talvala, E., Antunez, E., Wilburn, B., Horowitz, M., Levoy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+aperture+focusing+using+a+shear-warp+factorization+of+the+viewing+transfor.">Synthetic aperture focusing using a shear-warp factorization of the viewing transfor.</a> 3, 129 (2005).</li><li>Belden, J., Ravela, S., Truscott, T. T., Techet, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dimensional+Bubble+Field+Resolution+Using+Synthetic+Aperture+Imaging:+Application+to+a+Plunging+Jet.">Three-Dimensional Bubble Field Resolution Using Synthetic Aperture Imaging: Application to a Plunging Jet.</a> Experiments in Fluids. , (2012).</li><li>Levoy, M., Ng, R., Adams, A., Footer, M., Horowitz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+field+microscopy.">Light field microscopy.</a> ACM Transactions on Graphics. 25 (3), (2006).</li><li>Triep, M., Br&#252;cker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+nature+of+the+glottal+jet.">Three-dimensional nature of the glottal jet.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 127, 1537-1547 (2008).</li><li>Elsinga, G., Scarano, F., Wieneke, B., van Oudheusden, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomographic+particle+image+velocimetry.">Tomographic particle image velocimetry.</a> Experiments in Fluids. 41, 933-947 (2006).</li></ol>

हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

कई कदम एक लाइट फील्ड इमेजिंग प्रयोग के समुचित निष्पादन के लिए महत्वपूर्ण हैं. लेंस चयन और कैमरे के स्थान को ध्यान माप मात्रा के भीतर संकल्प को अधिकतम करने के लिए चुना जाना चाहिए. अंशांकन शायद सबसे महत्वपूर्ण कदम है, के रूप में SA refocusing एल्गोरिदम सटीक अंशांकन के बिना तेजी से ध्यान केंद्रित छवियों का उत्पादन असफल हो जायेगी. सौभाग्य से, बहु कैमरा आत्म अंशांकन प्रयास की एक अपेक्षाकृत कम स्तर के साथ सही अंशांकन सुविधा. सभी छवियों कि ब्याज और पृष्ठभूमि की वस्तुओं के बीच अच्छा विपरीत प्रदान करता है में वर्दी रोशनी भी आवश्यक है, हालांकि छवि प्रसंस्करण छवियों एक डिग्री करने के लिए मानक के अनुसार कर सकते हैं. समय भी महत्वपूर्ण है, जब मात्रा में है कि वस्तुओं हिल पर एसए प्रदर्शन. यदि प्रत्येक कैमरे के लिए एक ही समय में एक छवि ले नहीं शुरू हो रहा है, छवि पुनर्निर्माण स्पष्ट रूप से गलत होगा. इस पेपर में प्रयोगों के लिए हम समय अनुक्रम का उपयोग7 चित्रा में hown. 3 डी प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग अनुप्रयोगों यहाँ प्रस्तुत एक स्थानिक संकल्प व्यापार बंद शामिल. उदाहरण के लिए, 3 डी SAPIV ऑप्टिकली घने कण छवियों से कण संस्करणों के पुनर्निर्माण, कर सकते हैं लेकिन कणों एक मात्रा (संभावित बड़े) भर में वितरित कर रहे हैं. 2D PIV कण एक पतली शीट पर वितरित कर रहे हैं, और इस तरह एक ही कण घनत्व के साथ छवियों माप मात्रा में एक बहुत बड़ा घनत्व के अनुरूप. बहरहाल, 3 डी SAPIV विधि बहुत बड़ा बोने घनत्व के लिए अनुमति देता है कि अन्य 3 डी PIV तरीकों के 1. एक अन्य संभावित सीमित विचार अपेक्षाकृत बड़े कम्प्यूटेशनल तीव्रता लाइट फील्ड इमेजिंग तरीकों के साथ जुड़े है, कम्प्यूटेशनल जटिलता छवि आधारित tomographic-PIV 10 के रूप में 3 डी पुनर्निर्माण के तरीकों के लिए विशिष्ट है. इस प्रयोग के लिए हम 8 Photron SA3 सिग्मा 105 मिमी मैक्रो लेंस के साथ लगे कैमरे और एक Quantronix दोहरी डार्विन एन डी: YLF लेजर (532 एनएम, एम.जे. 200). कैमरों और लेजर एक बर्कली नाभिकीय भौतिकी 575 BNC डिजिटल जनरेटर / देरी नाड़ी के माध्यम से एक साथ synched रहे थे. द्रव का प्रवाह Expancel भरा गिलास microspheres हीलियम के साथ वरीयता प्राप्त किया गया था. microspheres 0.15 छ / सीसी के घनत्व के साथ 70 सुक्ष्ममापी की एक औसत व्यास था. हम शैक्षिक समुदाय के लिए यहाँ हमारी वेबसाइट के माध्यम से इस्तेमाल किया कोड के खुला स्रोत संस्करण प्रदान करते हैं <a href="http://www.3dsaimaging.com/" target="_blank">http://www.3dsaimaging.com/</a> और हम उपयोगकर्ताओं हमें प्रतिक्रिया देने के लिए और सुधार और आपूर्ति मात्रात्मक प्रकाश क्षेत्र समुदाय के लिए उपयोगी कोड में भाग लेने के लिए प्रोत्साहित करते हैं.

determining 3d flow fields via multi-camera light field imaging

द्रव यांत्रिकी के क्षेत्र में, कम्प्यूटेशनल योजनाओं का संकल्प प्रयोगात्मक विधियों आगे निकल गईं है और भविष्यवाणी की है और द्रव प्रवाह में मनाया घटना के बीच की खाई चौड़ी हो. इस प्रकार, एक की जरूरत है एक सुलभ समस्याओं की एक श्रृंखला के लिए तीन आयामी (3 डी) डेटा सेट को हल करने में सक्षम विधि के लिए मौजूद है. हम प्रवाह क्षेत्रों के कई प्रकार के मात्रात्मक 3 डी इमेजिंग प्रदर्शन के लिए एक उपन्यास तकनीक मौजूद है. 3D तकनीक जटिल वेग क्षेत्रों और bubbly प्रवाह की जांच के लिए सक्षम बनाता है. इन प्रकार के माप के साधन के लिए चुनौतियों की एक किस्म मौजूद हैं. उदाहरण के लिए, ऑप्टिकली घने bubbly अवस्थायाँ प्रवाह पारंपरिक, गैर इनवेसिव प्रवाह माप ब्याज की मात्रा के आंतरिक क्षेत्रों के लिए ऑप्टिकल का उपयोग occluding बुलबुले के कारण तकनीक के द्वारा आसानी से नहीं imaged किया जा सकता है. प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग का उपयोग करके हम कैमरों की एक सरणी के लिए हर समय उदाहरण के लिए एक 3 डी बड़ा नक्शा पुनर्निर्माण के द्वारा कब्जा कर लिया छवियों reparameterize करने में सक्षम हैं, के बावजूदआंशिक मात्रा में occlusions. तकनीक एक सिंथेटिक एपर्चर (एसए) refocusing, जिससे एक 3D फोकल ढेर 1 कई कैमरों से चित्र के संयोजन के बाद कब्जा द्वारा उत्पन्न होता है के रूप में जाना जाता एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है. लाइट फील्ड इमेजिंग प्रकाश किरणों के बारे में के रूप में के रूप में अच्छी तरह से स्थानिक जानकारी कोणीय के कब्जा करने के लिए अनुमति देता है, और इसलिए 3 डी दृश्य पुनर्निर्माण के लिए सक्षम बनाता है. मात्रात्मक जानकारी तो 3 डी प्रसंस्करण एल्गोरिदम की एक किस्म का उपयोग पुनर्निर्माण से निकाला जा सकता है. विशेष रूप से, हम माप 3D कण छवि velocimetry (PIV) प्रदर्शन, एक 3 डी क्षेत्र में बुलबुले को निकालने और एक चंचल लौ की सीमा पर नज़र रखने के लिए प्रकाश क्षेत्र इमेजिंग पर आधारित विधियां विकसित किया है. हम सिंथेटिक मुखर सिलवटों का एक सेट पर गुजर airflow की 3DPIV प्रदर्शन के लिए हमारे सेटअप के संदर्भ में लाइट फील्ड इमेजिंग पद्धति की बुनियादी बातों में मौजूद है, और एक बुलबुला entraining डूबनेवाला जेट तकनीक के आवेदन से प्रतिनिधि परिणाम दिखाने.

उच्च गुणवत्ता वाले कच्चे PIV छवियों समान रूप से वितरित काली पृष्ठभूमि (4a चित्रा) के खिलाफ उच्च विपरीत के साथ प्रदर्शित होने के कण होते हैं. छवि के पार रोशनी गैर वर्दी के लिए क्षतिपूर्ति, छवि पूर्व प्रसंस्करण उज्ज्वल क्षेत्रों को निकालने के लिए, इसके विपरीत समायोजित और सभी कैमरों (4b चित्रा) से सभी छवियों में तीव्रता histograms मानक के अनुसार किया जा सकता है. जब प्रयोग एक उपयुक्त घनत्व को वरीयता दी गई है और एक सटीक अंशांकन किया जाता है, एसए refocused छवियों फोकस कणों में प्रत्येक गहराई विमान (5 चित्रा) पर प्रकट होगा. यदि माप मात्रा वरीयता प्राप्त खत्म हो गया है, refocused छवियों में SNR यह मुश्किल कणों को फिर से संगठित करने के लिए कम हो जाएगा. SA refocused अच्छा SNR साथ छवियों लिए प्रत्येक गहराई विमान पर ध्यान केंद्रित कणों में बनाए रखने के लिए thresholded जा सकता चित्रा 6 Z = -10.6 मिमी गहराई विमान में दो बार कदम से दो thresholded छवियों से पता चलता है. thresholded volume तो पूछताछ के संस्करणों है कि 3 PIV प्रदर्शन के लिए कणों की एक पर्याप्त संख्या में होते में पार्स है. पार्स मात्रा के लिए एक 3DPIV एल्गोरिथ्म लागू एक द्रव वेग 7 चित्रा में दिखाया क्षेत्र पैदावार, इस मामले में, प्रवाह क्षेत्र है कि एक मॉडल मुखर गुना से प्रेरित है. जेट के बाहर प्रवाह क्षेत्र का वेग बहुत छोटा है, इस प्रकार बहुत कुछ वैक्टर इस क्षेत्र के बाहर देखा जा सकता है. = 0 टी मिसे में मुखर गुना बंद है और इस क्षेत्र में बहुत कम वेग मौजूद है. टी में विमान में सबसे बड़ी गति = 1 सकारात्मक y दिशा में मिसे चलता रहता है और टी = 2 से 4 मिसे से तीव्रता में कम कर देता है. टी = 5 मिसे में गुना बंद कर देता है जेट वेग और चक्र को कम करने दोहराया है. इन छवियों को पिछले कई 9 लेखकों, जो 100 औसत छवियों के लिए वर्तमान के रूप में प्रत्येक क्षेत्र वेग प्रस्तुत समय में एक एकल स्नैपशॉट का प्रतिनिधित्व करता है के रूप में एक ही चिकनाई नहीं है. संदर्भ का एक बिंदु के रूप में, पिछले सिमुलेशन की गणना पर ठेठ त्रुटियों से पता चला हैघ वेग 5-10% के आदेश पर प्रत्येक वेग, घटक है जिसमें PIV एल्गोरिथ्म ही 1 से त्रुटि पर हो; एल्गोरिथ्म हम प्रयोग कर रहे हैं (11 MatPIV 3 डी के लिए अनुकूलित) के लिए, इस त्रुटि के लिए बड़े रिश्तेदार को हो जाता है अन्य कोड. Bubbly प्रवाह वैज्ञानिक ब्याज की एक और क्षेत्र है कि लाइट फील्ड इमेजिंग के 3 डी क्षमताओं से लाभ प्राप्त कर सकते हैं कर रहे हैं. SA तकनीक इसी तरह bubbly प्रवाह क्षेत्रों में, जहां लेजर प्रकाश फैलाना सफेद backlighting, चित्रा 8a में दिखाया गया जहां बुलबुले किनारों सफेद पृष्ठभूमि के खिलाफ अंधेरा दिखाई जैसे कि छवियों में जो परिणाम के साथ बदल दिया है के लिए लागू किया जा सकता है. आत्म अंशांकन के बाद, एसए एल्गोरिथ्म के variant multiplicative तेजी से गहराई विमान बुलबुले की गहराई और अन्य विमानों पर दृष्टि से धुंधला करने के लिए इसी पर ध्यान केंद्रित बुलबुले के साथ एक केंद्र ढेर उपज के लिए लागू किया जा सकता है, के रूप में 8b घ चित्र में दिखाया गया 7. सरल thresholding नहीं हैबुलबुले, बजाय उन्नत सुविधा निष्कर्षण एल्गोरिदम की एक श्रृंखला को निकालने के लिए एक पर्याप्त विधि 7 में विस्तृत रूप में उपयोग किया जाता है. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig1.jpg" alt="चित्रा 1" /> और कैमरों के लेबल के साथ मुखर परतों के चित्रा 1. छवि और प्रणाली के समन्वय. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig2.jpg" alt="चित्रा 2" /> चित्रा 2 Z = 0 मिमी अंशांकन ग्रिड के रूप में सभी 8 कैमरों से देखा. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig3.jpg" alt="चित्रा 3" fo:content-width="2.5in" fo:src="/files/ftp_upload/4325/4325fig3highres.jpg"/> चित्रा 3 बहु कैमरा आत्म अंशांकन उत्पादन से कैमरा सेटअप के Topview. 1-8 कैमरा संख्या और हलकों के साथ स्थित उनके सामान्य देखने directio के साथ कर रहे हैं,n एक लाइन के द्वारा संकेत दिया. मूल के पास लाल बूँद वास्तव 400 + प्रत्येक Z गहराई पर अंशांकन ग्रिड कैमरों के लिए 3 डी में साजिश रची अंक. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig4.jpg" alt="चित्रा 4" /> चित्रा 4 कण 1 टी और टी 2 (एक और ख) में # 6 कैमरे से देखा क्षेत्र के कच्चे चित्र. के बाद ही छवियों पूर्व प्रसंस्करण (सी और डी). <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig5.jpg" alt="चित्रा 5" /> चित्रा 5: बाएं से दाएं. कच्चे refocused गहराई (एक) Z = -5.9 मिमी, (ख) -10.6 मिमी और (ग) -15.3 मिमी SAPIV छवियों. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig6.jpg" alt="चित्रा 6" /> चित्रा 6. Threshoसमय कदम (एक) 1 टी और (ख) z = -10.6 मिमी 2 टी lded छवियों. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig7.jpg" alt="7 चित्रा" fo:content-width="5.25in" fo:src="/files/ftp_upload/4325/4325fig7highres.jpg"/> 7 चित्रा 6 बार कदम के लिए सिंथेटिक मुखर सिलवटों द्वारा बनाई गई जेट के तीन आयामी सदिश क्षेत्र. बाएं हाथ की ओर पूरे 3D वेग क्षेत्र के एक isometric दृश्य दिखाता है. Xy और yz विमानों की कटौती मुखर गुना के केंद्र के माध्यम से किया जाता है, के रूप में प्रत्येक स्तंभ के ऊपर संकेत. <img src="/files/ftp_upload/4325/4325fig8.jpg" alt="चित्रा 8" /> 8 चित्रा बाएं से दाएं: कैमरा सरणी से bubbly प्रवाह क्षेत्र और गहराई में refocused (ख) Z = -10 मिमी, (ग) 0 मिमी और (घ) 10 मिमी छवियों के कच्चे छवि.चक्र एक बुलबुला कि जेड = -10 मिमी गहराई विमान पर झूठ पर प्रकाश डाला गया है, और अन्य विमानों पर दृश्य से गायब हो जाता है. बुलबुला प्रयोगों का विवरण 4 में पाया जा सकता है.

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Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

तरल प्रवाह के एक श्रृंखला के लिए मात्रात्मक इमेजिंग तीन आयामी (3 डी) के प्रदर्शन के लिए एक तकनीक प्रस्तुत किया है. लाइट फील्ड इमेजिंग के क्षेत्र से अवधारणाओं का उपयोग करना, हम छवियों के arrays से 3 डी संस्करणों का पुनर्निर्माण किया. हमारे 3D परिणाम वेग क्षेत्रों और बहु ​​- चरण बुलबुला आकार वितरण सहित एक व्यापक रेंज अवधि.

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