PARÇACIK GÖRÜNTÜLEMELİ HIZ ÖLÇME TEKNİĞİ İÇİN DİNAMİK MASKELEME TEKNİKLERİ

Cisimlere ve yüzeylere Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçümü (PIV) imajlarında sıkça rastlanır. Bunlar maskelenmediği sürece, çapraz korelasyon fonksiyonunu etkiler ve PIV analizi sonucu elde edilen hız vektörlerinde faz sınırına yakın yerlerde hatalı sonuçlar oluşturur. Cisimlerin dijital ortamda maskelenmesi, özellikle hareketli cisimlerin dinamik maske kullanılarak imajlardan çıkarılması hesap zincirinin bir parçası olarak literatürde pek çok kez yayınlanmıştır. Bu yazının bir amacı dinamik maskelemede ulaşılan kilometre taşlarının geniş bir uygulama yelpazesini de kapsayan bir özetini vermektir. Bir diğer amaç ise dinamik imaj ve vektör maskelemenin farklarını göstermektir. En son olarak, iki ayrı dinamik maskeleme örneği ayrıntılı olarak anlatılmakta ve karşılaştırılmaktadır. Kullanılan örnekler küçük kanallarda yüzen mikroorganizmalardan seçilmiştir. İlk örnekte histogram eşikleme ile dinamik maskeleme ve ikincide ise yeni bir teknik olan, özellik takibi ile dinamik maskeleme kullanılmıştır. Sonuçta, histogram eşikleme ile maskelemenin yüzme yönü ve şekli rastgele değişen yüzücülerde; özellik takibi ile maskelemenin ise şekli ve yönü pek değişmeyen yüzücülerde daha iyi sonuçlar verdiği ortaya çıkmaktadır. Dinamik maskelemenin yararını göstermek için maskeleme yapılmadan elde edilmiş PIV sonuçları, sadece imaj maskelemesi yapılarak elde edilmiş PIV sonuçları ve hem imaj hem de vektör maskelemesi yapılarak elde edilmiş PIV sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçta hem imaj hem de vektör maskelemesinin kullanılmasının daha uygun olduğu ortaya çıkmıştır.

DYNAMIC MASKING TECHNIQUES FOR PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY

Abstract: Objects and surfaces often appear in Particle Image Velocimetry (PIV) images. Unless masked, thefeatures on these contribute to the cross correlation function and introduce an error in the vectors as a result of thePIV analysis in the vicinity of the phase boundary. Digital masking of objects has appeared numerous times in theliterature as part of the analysis chain, with a growing focus on isolating moving features using dynamic masks. Oneaim of this article is to provide a summary of milestones achieved in dynamic masking covering a wide range ofapplications. Another aim is to show the difference between image masking and vector masking. Finally, twodifferent dynamic masking examples are described in detail and compared. The examples used are selected fromswimming microorganisms in small channels. In the first example, a histogram thresholding-based dynamic maskingis used, while, in the second example, a novel technique employing a feature tracking-based dynamic masking isused. Results show that histogram thresholding-based masking provides better results for swimmers which randomlychange shape and direction; whereas, feature tracking-based masking provides better results for swimmers which donot change shape or direction significantly. In order to show the improvement due to dynamic masking, acomparison is made between PIV results a) with no masking, b) with just image masking and c) with both image andvector masking. Results show that the best approach is to use both image and vector masking.

___

  • Wosnik, M., and Arndt, R. E. A., (2013), "Measurements in High Void-Fraction Bubbly Wakes Created by Ventilated Supercavitation," ASME J. Fluids Eng. 135(1), pp. 011304-011304-9
  • Westerweel, J. and & Scarano, F. (2005). Universal outlier detection for PIV data. Experiments in Fluids, 39(6), 1096-1100.
  • Wadhwa N, Andersen A and Kiørboe T “Hydrodynamics and energetics of jumping copepod nauplii and copepodids” J. Exp. Biol. (2014) 217, pp.3085-3094
  • Sveen JK and Dalziel SB “A dynamic masking technique for combined measurements of PIV and synthetic schlieren applied to internal gravity waves” Measurement Science and Technology, (2005) 16, 1954-1960
  • Stevens EJ, Bray KNC and Lecordier B “Velocity and scalar statistics for premixed turbulent stagnation flames using PIV” Proc. 27th International Symposium on Combustion (1998) pp. 949-955.
  • Seol DG and Socolofsky SA (2008) Vector postprocessing algorithm for phase discrimination of twophase PIV. Exp Fluids 45:223
  • Sanchis A and Jensen A “Dynamic masking of PIV images using the Radon transform in free surface flows” Exp in Fluids 2011 51(4) 871-880
  • Lindken R and Merzkirch W (2002) A novel PIV technique for measurements in multiphase flows and its application to two-phase bubbly flows. Exp Fluids 33, 814-825
  • Lindken R and Merzkirch W (2000) Velocity measurements of liquid and gaseous phase for a system of bubbles rising in water. Exp Fluids 29, 194-201
  • Honkanen M and Saarenrinne P “Multiphase PIV method with digital object separation methods” 5th International Symposium on PIV, Busan Korea, Sept 2003
  • Hammad KJ. “Liquid jet impingement on a free liquid surface: PIV study of the turbulent bubbly two-phase flow.” In: ASME 2010 3rd Joint US-European Fluids Engineering Summer Meeting collocated with 8th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. American Society of Mechanical Engineers, 2010. p. 2877-2885.
  • Gui L and Merzkirch W (1996) Phase-separation of PIV measurements in two-phase flow by applying a digital mask technique. ERCOFTAC Bulletin 30: 45-48
  • Fritz HM, Hager WH and Minor HE ”Landslide generated impulse waves. 1. Instantaneous flow fields” Exp Fluids 35 (2003) 505-519
  • Ergin FG, Watz BB, Erglis K and Cebers A “Timeresolved velocity measurements in a magnetic micromixer” Exp. Therm. Flu. Sci. (2015b) 67, pp. 6-13
  • Ergin FG, Watz BB and Wadhwa N “Pixel-accurate dynamic masking and flow measurements around small breaststroke-swimmers using long-distance MicroPIV” Proc. 11th Int. Symp. on PIV, Santa Barbara, California, September 14-16, (2015a)
  • Ergin FG “Flow field measurements during microorganism locomotion using MicroPIV and dynamic masking” Proc. 11th Int. Symp. on PIV, Santa Barbara, California, September 14-16, 2015
  • Deen NG, et al. On image pre-processing for PIV of single-and two-phase flows over reflecting objects. Exp Fluids, 2010, 49.2: 525-530.
  • Coron X, Champion JL and Champion M: Simultaneous measurements of velocity field and flame front contour in stagnating turbulent premixed flame by means of PIV. In 12th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, 2004.
  • M1 - Movie of the droplet break-up experiment performed by Carrier et al. http://www.dantecdynamics.com/microfluidicscategory/time-resolved-velocity-measurements-ofdroplet-formation-in-a-flow-focusing-junction
  • Carrier O, Ergin FG, Li HZ, Watz BB and Funfschilling D “Time-resolved mixing and flow-field measurements during droplet formation in a flow-focusing junction” J. Micromech. Microeng. (2015) 15 084014
Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-3615
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 1977
  • Yayıncı: TÜRK ISI BİLİMİ VE TEKNİĞİ DERNEĞİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

YAN DUVARLARI DALGALI EĞİK BİR KARE KAVİTE İÇİNDEKİ NANOAKIŞKANLARIN DOĞAL KONVEKSİYONU

Müslüm ARICI, Metin AKYOL, Elif BÜYÜK ÖĞÜT

AKIŞ YÖNLENDİRİCİ PLAKANIN ÇIKINTILI ISI KAYNAKLARINDAN KARIŞIK KONVEKSİYONLA ISI TRANSERİNE ETKİSİ

Burak KURŞUN, Mecit SİVRİOĞLU

MERKEZ DIŞI KATI İLETKEN BİR CİSİM İÇEREN DİKDÖRTGEN KAPALI BİR ORTAMDA SU BAZLI CuO NANOAKIŞKANLAR İÇİN KALDIRMA KUVVETİ ETKİLİ ISI TRANSFERİNİN NÜMERİK İNCELENMESİ

Çiğdem SUSANTEZ, Kamil KAHVECİ

IŞINIMLA DUVARDAN ISITMA SİSTEMLERİNDE YALITIM KALINLIĞI OPTİMİZASYONUNDA KULLANILABİLECEK YENİ BİR YÖNTEM

Eser VELİŞAN, Ali İhsan KOCA, Gürsel ÇETİN

PARÇACIK GÖRÜNTÜLEMELİ HIZ ÖLÇME TEKNİĞİ İÇİN DİNAMİK MASKELEME TEKNİKLERİ

F. Gökhan ERGİN

FARKLI EGZOZ VALF YÜKSEKLİKLERİ İÇİN BİR SI-CAI MOTORDA METAN- HİDROJEN KARIŞIMLARININ İNCELENMESİ

Bilge ALBAYRAK ÇEPER, Emin BORLU

DÜZLEM BİR DİSKE ÇARPAN OSİLASYONLU DAİRESEL LAMİNAR JETİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Hasmet TÜRKOĞLU, Mitra KAHROBA

GÜNEŞ ENERJİLİ SU ISITICI KOLLEKTÖRLERLE BİRLEŞTİRİLMİŞ GÜNEŞ ENERJİLİ DAMITICILARIN DENEYSEL İNCELENMESİ

Cengiz YILDIZ, Emin EL, Zeki ARGUNHAN, Gülşah ÇAKMAK

GÖZENEKLİ ORTAMDA DİKEY SALINIMLI HALKASAL BİR AKIŞKAN KOLONUNDAN ISI GEÇİŞİ: DENEY SONUÇLARININ TERMODİNAMİK ANALİZİ

Ersin SAYAR

FARKLI EGZOZ VALF YÜKSEKLİKLERİ İÇİN BİR SI-CAI MOTORDA METANHİDROJEN KARIŞIMLARININ İNCELENMESİ

Bilge ALBAYRAK ÇEPER, Emin BORLU