事件视觉实现高效实时流可视化

实时 

流可视化

高分辨率 

 流场数据

μs级分辨率

 追踪粒子

德国航空航天中心推进技术研究所的研究人员探索了利用事件视觉(EBV)捕捉气流和水流流场的可能性。事件相机使用激光或其他光源进行照明,捕捉气流中携带的小(微米)颗粒的运动。

然后就可以从粒子产生的事件轨迹中获得不断变化的流场图。与之前的研究相比,可以同时追踪的粒子数量要多得多,从而得到高分辨率的速度图。

这得益于EBV硬件开发的最新进展,其特点是高速、高分辨率系统,如Prophesee的EVK4 HD

湍急水流中小颗粒产生的事件数据
(视场宽约55毫米,高约30毫米)

“流动测量结果清楚地表明,EBIV能够在靠近表面的地方进行测量,而在这些地方,PIV和其他基于帧的成像方法通常会遇到光散射过多的问题。由于表面通常不会移动,它们不会触发任何强度变化事件,因此事件相机无法看到。另一个优点是,使用用于恢复运动场的对比度最大化方法,可以有效地识别单个粒子。”
Willert, C.E., Klinner, J. 事件成像测速仪:评估用于测量流体流动的事件相机. Exp Fluids 63, 101 (2022)

根据捕获的事件数据重建水箱中的紊流

流速测量

在正在进行的研究中,正在探索从事件捕捉到能够恢复流速信息的算法等多个方面。迄今为止,在100毫米宽的视场中,已经展示了高达每秒数米的流速测量结果。

事件数据的高时间分辨率提供的速度信息几乎等同于使用昂贵的高速摄像机获得的每秒1000帧以上的图像。.

事件流速测量法对硬件要求极低:它只需要一个事件相机和一个带有光片形成透镜的小型激光器,就能捕捉到随流运动的小颗粒的运动。这使得该系统结构紧凑非常便携

右侧的“桌面”装置用于记录上述事件数据和流场。在这里,水中“播种”了小颗粒(10微米),这些颗粒会散射从侧面引入的薄激光片(1毫米)发出的光。

由于事件相机的高灵敏度不到1瓦的激光功率就足以捕捉到上图所示的事件图像。

Imaging in inertial focusing devices

对水流进行EBV成像的简单“桌面”装置,包括一个小水箱、激光光板和Prophesee事件相机(这里是EVK 2 HD)

事件视觉流体流动测量有许多优点

  • 它适用于实时流可视化 – 粒子场运动产生的事件轨迹可直接将流场可视化,无需进一步处理
  • 从快速运动的流中获取的事件记录可随时以“慢动作”模式回放,以直观地显示流的动态
  • 事件相机对光片内的强度变化具有耐受性,因为它的传感器只对强度变化做出反应
  • 它们还能抵御激光耀斑(表面散射光)和不均匀的背景强度。对高背景强度的耐受性允许它们在明亮的环境中追踪粒子

  • 粒子事件轨迹可以从背景中清晰地分辨出来,可通过特征检测或使用运动补偿分析形成的聚类来提取。

欲了解更多信息,请观看推进技术研究所“发动机测量系统”部门主管Christian Willert博士在以下的网络研讨会上深入介绍事件成像测速。

Webinar

关于DLR推进技术研究所

推进技术研究所主要致力于通过中长期开发固有的技术潜力,改进航空和发电领域的燃气轮机。它是德国航空航天研究中心DLR 的一部分,在航空、航天、能源、运输、安全和数字化领域开展研究和开发活动。德国航空航天中心推进技术研究所发动机测量系统 部门致力于开发和应用激光光学测量和成像技术,用于航空发动机部件和相关领域的空气热力学研究。新测量技术的开发和应用为涡轮机械研究取得预期进展做出了贡献。

关于PROPHESEE发明者社区

 

2014年以来,众多研究人员、初创企业和公司利用Prophesee的神经拟态视觉技术展现了惊人的想象力和创新力。

这创造了一个由发明者展示作品和想法的事件视觉生态系统。他们利用Prophesee技术的创造力激励着我们。

我们在此收集这些项目,希望它们能激励未来的发明者,如同这里的项目一样,共同创造新事物,揭示不可见的事物。