一种改进的基于FFT的PIV互相关算法

鲍晓利， 李木国

（大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024）

0 引 言

近年来，粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）技术得到了极大的发展，已被广泛应用于多个科研和工业领域.在2D－PIV技术中，基于相关窗口的互相关算法已被普遍采用［1］.随着对3D－PIV技术研究的不断深入，基于相关窗口的互相关算法也被应用其中［2、3］.在现有的实时PIV系统设计中，也多采用基于相关窗口的互相关算法［4］.同时，基本相关窗口的互相关算法也被用于相关领域，如三维运动检测［5］.当前对互相关算法的研究主要集中在提高算法精度方面，在提高算法运算效率方面的研究没有得到足够的重视，所以对互相关算法的运算效率进行研究，具有重要意义.到目前为止，在所提出的互相关算法中，基于快速傅里叶变换（FFT）的互相关算法由于其不受相关窗口大小限制，简化了互相关计算，并极大地提高了互相关运算效率，已成为互相关算法中最为典型的算法［6、7］.在粒子图像测速中，为提高粒子速度矢量分辨率，相邻相关窗口间须存在重叠，致使互相关运算中存在重复运算，降低了算法的运算效率［8］.本文在基于FFT的互相关算法的基础上，根据频域抽取原理，对互相关算法中的二维FFT进行改进，以减少互相关算法中的重复FFT运算.

1 粒子图像测速原理

PIV技术是在流动显示的基础上结合光学图像处理技术对待测量的流场进行非接触的高精度测量［9］.测速系统对加入示踪粒子的流场进行快速……