[讨论]PIV中查询窗口的大小及窗口偏移量的确定

清风明月82

PIV中查询窗口的大小及窗口偏移量如何确定？
查询窗口取大则无法体现流场的细部结构，取小则窗口内的粒子数少有可能粒子配对错误。
窗口偏移量取小则增加的计算时间。
请问最优的查询窗口的大小及窗口偏移量是多少？

piv

从PIV的应用角度考虑，肯定是Interogation判读小区越小越好，更能体现流动的局部结构，但在实际的实验中，这又很难做到，因为实际拍摄的粒子图像质量根软件生成的标准的粒子图像差别还是很大的。通过我们的实际使用中的经验，实际的图像能使用32的窗口就不错了（不过现在有新的迭代预偏置算法可以进一步降低窗口大小，这就看图象拍的质量了），一般差点的图像使用64也该能算出来。偏移量能在5-10的实验结果应该都是不错的了，尤其空气中的实验难做些，可能到不了这么大。[DISABLELBCODE]

yxjbuaa

[这个贴子最后由yxjbuaa在 2005/04/29 08:12pm 第 1 次编辑]

正如楼上所说，interrogation window 当然是越小越好，实际的实验情况都是希望在满足要求（分辩尺度，测量区域）的前提下实现最高的分辨率，也就是最小的interrogation window。
interrogation window 的选择不仅需要考虑分辩尺度和测量区域，还受粒子浓度，信噪比，粒子位移（dt选择）和数据处理算法等等诸多因素的影响。
窗口偏移量是和实际的粒子位移相关的，最好的窗口偏移量当然是粒子的位移，但是，由于在interrogation window中存在速度的梯度，粒子位移值不同，所以通常取平均值，这正是multi-pass的作用，尤其是window deformation 算法的出现（Lavision采用了），这个功能得到了很大的提高，使得信噪比提高了很多，同时还可以最大程度的提高空间分辨率，这就是为什么在论坛里Davis的数据处理能力很强的主要原因之一。
计算时间当然和interrogation window的选取有关，和图像处理算法的选择也有很大关系，有时后者的影响可能比前者更显著。

robin

在设置窗口偏移量时可以根据一个参考速度场对不同位置设置不同的值.下面这段话是DaVis软件帮助文件中对这一方法的说明." This mode uses a reference vector buffer, where each vector in the reference buffer specifies the interrogation window shift at that position. In this mode the interrogation window shift is varied across the size of the imaged area but is fixed temporally. This is a useful feature for analyzing a series of records where each individual vector field does not deviate much from the mean flow, e.g. in stationary flow phenomena."

yxjbuaa

[这个贴子最后由yxjbuaa在 2005/04/30 02:40pm 第 1 次编辑]

谢谢robin，这个算法我曾经想过一阵子，后来就搁置了。想这个算法主要是因为在Insight里面，很多算法都很粗糙，效果不好，但是没有想到DaVis已经采用了，呵呵，实在佩服啊。
实际上，用这样的思想做spurious vectors的剔除工作也可以，在Insight里面没有，所以对强非均匀的流场软件处理起来很困难，有的时候无法将明显错误的矢量剔除，有的时候又明显剔除了一些可信度较高的矢量。不知道Davis在做spurious vectors的剔除时用的是什么算法？

robin

Davis软件的一个特点是采用了所谓的"Multi-pass windowing with adaptively adjusted window-shift" 算法。就是用上一次较大窗口获得的速度矢量场作为下一次细分窗口时在不同位置设置不同窗口偏移量的参考。我没有想出来这种方法本身如何有助于剔出伪矢量。相反，在较粗一级有效地剔除伪矢量是窗口能够细分下去的一个前提，因为上一级的伪矢量会给下一级提供一个错误的参考，这还不如没有这个参考。于是，在DaVis软件中，在采用多程迭代处理时，总是在对上一级计算结果采用最为严格苛刻的伪矢量剔除处理后，才将其作为参考偏移矢量提供给下一级处理。多程迭代处理和自适应窗口偏移量设置算法的最终目的是最大限度地提高速度矢量场的空间分辨率。在剔除伪矢量方面采用的主要方法还是针对不同情况采用不同的数字滤波器。在三维立体PIV处理中由于采用两个相机，可以用两个相机获得的矢量数据进行互相验证，从而可以比两维PIV更为有效准确地剔除伪矢量。

PIV

其实目前在PIV算法中，这种在信号处理中广泛使用的“中值滤波”+“迭代计算”的作用确实是很重要的。首先是迭代计算使得小INTEROGATION区域的计算成为了可能，而在迭代计算中使用中值滤波是必需的，尤其是实际的实验图像，得到100%的计算正确率几乎是不可能的，这就需要有效的滤波来预处理结果，目前我们使用这种滤波处理已经可以成功地进行4重迭代计算了（64-> 32-> 16-> 8）；而且计算同样数量的向量，时间要比原来节省了将近1/3。

jasminetea

好话题，也曾经苦恼过，一直认为理论上应该是查问区越小越好，因为是商业软件，后来还是用了32的。

ztieyan

窗口偏移量怎么计算啊?

swell2005

2楼说的很清除了，偏移量最好就是IA内粒子的平均位移。与流速、曝光间隔有关