Теневой фоновый метод в задачах тепломассообмена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

шмтшн

003165896

Попова Екатерина Михайловна

теневой фоновый метод в задачах тепломассообмена

01 04 05-Оптика

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 7 НАР 2008

Москва-2008

Работа выполнена в ГОУВПО Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре физики им В А Фабриканта

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Евтихиева О А

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Левин Г Г

доктор физико-математических наук, профессор Знаменская И А

Ведущая организация

Центральный институт авиационного моторостроения им ПИ Баранова

Защита состоится « /в » ¿¿Я/О&ьб^Л. 2008 г в /^"¿З^часов на заседании диссертационного совета Д 308 006 01 при Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений по адресу. 119361, г Москва, ул Озерная, 46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИОФИ

Автореферат разослан « /4 »__2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук А Вишняков Г Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бесконтактные методы исследования всегда были предпочтительны для исследования процессов тепломассообмена В последнее время наибольшее развитие получают такие новые методы оптической диагностики, как метод лазерной анемометрии изображения частиц (Р1У- метод), спекл и компьютерно-лазерные рефрактометрические метод, теневой фоновый метод (ТФМ) Одним из главных преимуществ ТФМ по сравнению с остальными оптическими методами диагностики являются достаточно скромные требования к оборудованию и возможность его применения в полевых условиях Данный метод позволяет качественно визуализировать и исследовать процессы тепломассообмена в оптически прозрачных средах, а при оптимальных параметрах установки можно получить высокие разрешение и чувствительность Кроме того, к достоинствам данного метода можно отнести большое поле обзора и, следовательно, большой размер исследуемого объекта, существенную роль методов цифровой обработки ТФМ изображений, быстроту вычислений и двустороннюю чувствительность Так как это новый метод для таких задач, то алгоритмы обработки изображений и построения полей визуализации еще не разработаны Данный метод исследования оптически неоднородных потоков нашел применение в аэродинамическом эксперименте, однако, для исследования процессов тепломассообмена он не применялся

Цель работы. Основной целью настоящей работы является исследование и применение теневого фонового метода для решения задач процессов тепломассообмена

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи

- разработать и исследовать методику цифровой обработки оптических картин ТФМ,

- разработать цифровую модель картин ТФМ,

- определить чувствительность и разрешающую способность метода и провести оптимизацию параметров алгоритма обработки картин визуализации,

— исследовать влияние параметров окружающей среды на характеристики ТФМ,

- исследовать области применения ТФМ для диагностики процессов тепломассообмена

Научная новизна работы. Разработан алгоритм модифицированной кросскорреляционной цифровой обработки оптических изображений ТФМ со специализированными методиками фильтрации и нормировки и создана программа, позволяющие получать интегральные характеристики распределения градиентов показателя преломления исследуемой среды

Предложена цифровая модель получения оптических картин ТФМ, позволяющая моделировать векторное поле градиента показателя преломления для заданного объекта исследования в виде фазового экрана с учетом характеристик оптико-компьютерной системы и влияния турбулентности атмосферы

Разработаны физическая модель работы ТФМ с плосковыпуклой линзой в качестве исследуемого объекта и алгоритм обработки картин ТФМ, позволяющие протестировать работу измерительной системы и определить погрешность метода с конкретными видеокамерой, объективом и фоновым экраном

Создана модификация стерео ТФМ, показывающая, что метод не зависит от угла наблюдения и позволяет получать многоракурсные изображения, по которым возможно восстановление трехмерного векторного поля

Основные положения, выносимые на защиту: ■Разработанный алгоритм цифровой кросскорреляционной обработки оптических картин ТФМ с методиками фильтрации и нормировки и созданная программа ВОБУюуу позволяют получать векторное поле интегральных характеристик распределения градиентов показателя преломления исследуемой среды

■Предложенная цифровая модель получения оптических картин ТФМ позволяет рассчитать векторное поле градиента показателя преломления для

фазового экрана с учетом характеристик оптико-компьютерной системы и влияния турбулентности атмосферы.

"Разработанная физическая модель ТФМ системы с плосковыпуклой линзой и разработанный алгоритм обработки ТФМ изображений являются оптимальными для тестирования работы измерительной системы и определения погрешности метода

■ Изображения ТФМ не зависят от угла наблюдения

Практическая ценность работы. Предложенные методы и алгоритмы обработки оптических изображений ТФМ могут быть применены при исследовании атмосферных явлений, распределений плотности и температуры около нагретых объектов, проверке качества оптических деталей Их можно использовать для создания оптико-компьютерной измерительной аппаратуры и при проведении измерений в промышленных аэродинамических трубах, крупномасштабных аэродинамических исследованиях, натурном эксперименте и тд.

Разработанные цифровые модели картин ТФМ при наличии турбулентности могут быть использованы для тестирования программ обработки оптических изображений

Полученные результаты использовались при выполнении научных работ по грантам Минобрнауки (тема № 1019032, тема № 1054050, тема №1055050, проект 1109, проект РНП-2-1-2-686), РФФИ (проект 07-07-135 29 ОФИ-Ц), Евросоюза (проект ASTS-CT-2006-030827) и INTAS (проект № YS 05-109-4517)

Достоверность полученных результатов. Все экспериментальные результаты сравнивались с теоретически рассчитанными и полученными другими методами диагностики

Апробация работы Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях и семинарах в период с 2003 по 2007 г г

• XIV- XV школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 2003, 2005

• 7,8,9 Международные научно-технические конференции «Оптические методы исследования потоков», Москва, 2003,2005,2007.

• 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry, Gottingen, 2003

• Третья международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2003» е

• 12th International Symposium on Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, 2004

• 9,10,11,12- Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ (ТУ), 2003-2006 г г.

• «Лазеры Измерения. Информация», Санкт-Петербург, 2004 г.

• 12th International Symposium on Flow Visualization, Gdttingen, 2006 . Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 17

печатных работах, в том числе без соавторов - 4 работ Из них 1 статья (одна в реферируемом журнале)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 142 машинописных страниц, включая 98 рисунков, 3 таблицы, 49 наименований списка литературы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введение обосновывается выбор научного направления и актуальность работы Приведены цель и основные задачи диссертации Кратко рассмотрены оптические методы и возможность их применения для решения задач процессов тепломассообмена. Приведена классификация классических теневых методов и методов обработки получаемых сигналов. Сформулированы научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту

В первой главе проведен краткий обзор современной научно-технической литературы по оптическим методам визуализации потоков жидкости и газа Приведены оптические схемы и описания основных классических теневых

методов качественных и количественных Показано, что для всех классических теневых методов требуются сложные дорогостоящие оптические установки, требующие точной настройки и юстировки, что существенно снижает возможности их применения Рассмотрены принципы теневого фонового метода (в англоязычной литературе Background Onented Schlieren Method) и его стерео модификации, основным отличием которых от классических теневых методов и метода Гартмана являются простота и дешевизна требуемого оборудования, а также возможность проведения крупномасштабных исследований в полевых условиях

На рис 1 изображен принцип визуализации оптической неоднородности в виде оптического клина с помощью теневого фонового метода Лучи от структурированного фонового экрана 1 проходят через оптическую неоднородность 2 (в данном случае оптический клин с показателем преломления п и углом клиновидности а), в результате чего отклоняются и в плоскости регистрации объектив 3 создает изображение экрана со смещенными элементами (линии в том месте, где находится клин, сдвинулись вверх). В плоскости регистрации помещается фоточувствительная матрица

Чтобы выполнить визуализацию клиновидной пластинки с помощью теневого фонового метода, обычно берутся два изображения фонового экрана с достаточным оптическим контрастом и структурой Одно из этих изображений регистрируется, когда клиновидная пластинка отсутствует, а другое изображение - когда пластинка присутствует Таким образом, существуют два изображения экрана для сравнения, из различий между которыми можно получить информацию об исследуемом объекте Эти различия, главным образом связаны со смещением деталей изображения и пропорциональны малому отклонению градиентов показателя преломления исследуемой среды. Для выявления отличий картин используются специальные алгоритмы обработки ТФМ изображений, которые позволяют определить не только величину смещения элементов изображения экрана, но и направление смещений

_

1 — фоновый экран, 2 — объектив, 3 — плоскость изображения,

4 — оптический клин а - оптическая схема, б - векторное поле - результат обработки Рис. 1. Принцип работы теневого фонового метода Схема экспериментальной установки для записи картин визуализации оптически неоднородной среды с помощью теневого фонового метода представлена на рис. 2. Она состоит из некогерентного источника света 1, фонового экрана 2, исследуемого объекта 3, видеокамеры 4, компьютера 5 и программного обеспечения 6.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для реализации теневого фонового метода

Описано состояние исследований по разработке ТФМ к началу работ над диссертацией В статьях, посвященных разработке и применению теневого фонового метода, описываются разнообразные его применения, такие как. получение распределения плотности воздуха в вихре от края модели крыла самолета в аэродинамической трубе, исследование распределения плотности вокруг осесимметричного конического цилиндра в потоке с числом Маха 2, крупномасштабные аэродинамические исследования, аэродинамические исследования высокоскоростных поездов, исследования моделей лопастей турбины и т д

Во второй главе рассмотрено применение методов цифровой обработки к оптическим изображениям теневого фонового метода таких, как кросскорреляционная обработка и методы поля направлений метод параметрической аппроксимации и метод локальных градиентов

Метод кросскорреляционной обработки был выбран, так как он давно и успешно используется для обработки изображений в Р1У- методе, которые по своей структуре и способу регистрации похожи с изображениями теневого фонового метода В то же время для применения алгоритма кросскорреляционной обработки для обработки ТФМ-изображений его требовалось существенно модифицировать Блок-схема алгоритма обработки ТФМ-изображений представлена на рис 3

Первый этап обработки состоит в проведении предварительной фильтрации С этой целью оба кадра обрабатываются с помощью одних и тех же методов фильтрации Целью фильтрации изображений является устранение шумов, возникающих при записи изображения и передаче его в компьютер, и улучшение качества изображения (изменение яркости, контрастности и т д ) Набор фильтров зависит от конкретного изображения и должен обязательно содержать метод усиления края по Собелю, если исследуется только смещение точек и линий фонового экрана Алгоритм усиления краев по Собелю использует первые производные для определения краев Этот метод позволяет выделять края при

меньшем количестве вычислений Применяемые алгоритмы обработки изображения могут быть разделены на два типа

- точечная обработка изображений Для этого случая применяются алгоритмы, изменяющие значение яркости элементов изображения исходя из исходных значений яркости этих элементов и их положения в битовом образе изображения; К методам точечной обработки относятся пороговая фильтрация, изменение яркости изображения Пороговая фильтрация применяется для изображений, на которых слишком много темных или светлых областей Изменение яркости изображения необходимо для коррекции слишком темного или слишком светлого изображения из-за не идеального освещения во время регистрации изображения

- пространственная обработка изображений В этом случае применяются алгоритмы, изменяющие значения яркости элементов изображения, основываясь не только на значении яркости изменяемого элемента, но и элементов вокруг него При этом учитываются пространственные статистические характеристики изображения К методам пространственной фильтрации относятся медианная фильтрация, методы выделения краев по Собелю и Лапласу Медианная фильтрация применяется в случае, если на изображении присутствуют мелкие скачки яркости, не несущие информации. Методы выделения краев применяются для изображений, на которых элементы фонового экрана размыты и имеют нечеткие края

Необходимо подчеркнуть, что описанные методы обработки сигналов могут быть применены как отдельно, так и вместе - последовательно (каскадный фильтр). При этом результат сильно зависит от порядка применения различных методов фильтрации.

В результате обработки получается поверхность, представляющая распределение коэффициента корреляции смещений элементов изображения экрана

СНГ конец

Рис 3. Блок-схема алгоритма обработки ТФМ-изображений Чтобы получить полную информацию об изменениях градиента коэффициента преломления, необходимо знать не только абсолютную величину коэффициента корреляции, но и местоположения максимума коэффициента корреляции (направление градиента показателя преломления) Для этого две области опроса смещаются друг относительно друга так, чтобы они частично перекрывались В этой ситуации есть расстояние между их центрами, и местоположение центра второй области опроса совпадает с положением некоторой точки первой области опроса (рис 4)

Далее необходимо найти коэффициенты корреляции перекрывающихся частей для всех местоположений центра второй области опроса в пределах первой области Затем эти коэффициенты корреляции сравниваются, и ставится стрелка от центра первой области опроса к местоположению центра второй области опроса, которая соответствует максимальному коэффициенту корреляции. Направление этой стрелки совпадает с градиентом показателя преломления

i \

ч

ц.

\

б)

Рис 4 Совпадающие (а) и смещенные (б) области опроса Разработан алгоритм выбора оптимальных параметров установки и обработки для корреляционной обработки и обработки методами поля направлений

Также была проведена оптимизация параметров алгоритма обработки для различных вариантов фоновых экранов. В результате было сделано заключение, что для фоновых экранов с линиями применимы методы поля направлений Наилучшие результаты получаются, когда область опроса равна или чуть больше расстояния между соседними линиями Тогда в область опроса попадает только одна линия и, соответственно, можно надежно построить градиент показателя преломления

Для фоновых экранов с элементами в виде точек применим метод кросскорреляционной обработки Наилучшие результаты обработки получаются, когда область опроса не менее расстояния между соседними элементами фонового экрана, но и не намного его превышает при перекрытии в 75%

Сделаны выводы о том, что необходимо использование фоновых экранов, служащих также спектральными фильтрами на определенную длину волны, для исследуемых объектов, показатель преломления которых сильно зависит от длины волны

В третьей главе рассмотрены характерные случаи распространения лучей в оптически неоднородной среде с целью тестирования метода на хорошо известных фазовых объектах и приведены примеры результатов обработки искусственно смоделированных изображений оптически неоднородных сред

Для проверки работы алгоритма обработки ТФМ-изображений были рассчитаны модели постоянного (на примере плоскопараллельной пластины и клина) и переменного (на примере плосковыпуклой линзы) градиентов показателей преломления Выведены формулы для расчета смещения элементов фонового экрана при известных параметрах цифровой видеокамеры и расположения модели

Для плоскопараллельной пластины смещение деталей фонового экрана Дм может быть рассчитано по следующей формуле

с/

Д и = М-

-вш

СОБ

агсвт

ч

51П

90° - а - агсвт

—51п(аг)

чЛ

где с{ - толщина плоскопараллельной пластины, М - увеличение объектива, па -показатель преломления воздуха, щ - показатель преломления стекла, а - угол наклона плоскопараллельной пластины с оптической осью системы

Для клиновидной пластины (вертикальная грань пластины обращена к видеокамере)

Дм = М • /, •

агсвт

V

—81п(аг)

-а

где 1\ - расстояние между фоновым экраном и клиновидной пластиной

Для плосковыпуклой линзы смещение элементов экрана описывается выражением

/ / 2 > / г

Дм = MAdtg 2arctg -и И - агсвт "г 2агсЩ

3

\ \ \ \ V

- + 3

где г — радиус кривизны линзы, И - высота падения луча на поверхность линзы, у - угол падения луча на поверхность линзы, а До? - толщина линзы.

Исследовано влияние турбулентности атмосферы на характеристики теневого фонового метода. Смоделированы изображения фонового экрана, регистрируемые видеокамерой, при наличии турбулентности в среде распространения света.

Произведена корреляционная обработка этих изображений. Показана возможность получения достоверных результатов даже при наличии турбулентности в атмосфере. На рис. 6 представлены пары изображений при наличии турбулентности с разными коэффициентами и результаты их обработки.

г) Д) е)

Рис. 6. Изображения пар фоновых экранов при наличии среды с разными коэффициентами турбулентности: а - б - к\ = 0,0001, к2 = 0,0001; г - д - к\ = 0,0001, А:2= 0,01; и результаты обработки этих пар (в, е), соответственно. Из рис. 6 видно, что с увеличением различия между коэффициентами турбулентности для двух изображений растет количество ошибочных векторов, что свидетельствует о том, что изменения условий окружающей среды за время

между регистрацией двух изображений сильно влияют на определение величины смещений. В случае, когда присутствует даже сильная турбулентность, но время между регистрацией двух изображений мало, присутствие турбулентности среды не оказывает значительного влияния на результаты обработки ТФМ-иображений.

В четвертой главе описаны результаты экспериментальных исследований, которые позволяют протестировать работу всей измерительной системы и определить погрешность метода с конкретными видеокамерой, объективом и фоновым экраном..

Была определена разрешающая способность теневого фонового метода. Для этого были проведены эксперименты с исследуемыми объектами в виде одиночного клина, набора клиньев заполненных газом, а также плосковыпуклой линзы. Исследовано влияние параметров установки на результаты измерений.

ТФМ-изображение плосковыпуклой линзы показано на рис. 7. Результат обработки экспериментальной картины показан на рис. 8. Стрелки указывают направление смещения элементов фонового экрана, а цвета их величину.

Рис. 7. Экспериментальное ТФМ-изображение

О

60

120

пике

Рис. 8. Результаты обработки

Результаты сравнения теоретических результатов с экспериментальными показаны на рис 9, из которого видно, что во всей области линзы экспериментальные результаты совпадают с теоретическими.

112-

3 8 16 24 32 40 43 X <4 72 30 Й 96 104 112 120

Рис. 9. Зависимость смещения элементов экрана от расстояния ф- эксперимент, — расчет За исключением центральной области, где смещения меньше 0,05 пикселя, относительная погрешность измерения смещения не превышает 5 %.

В пятой главе рассмотрены различные возможности применения теневого фонового метода для визуализации процессов тепломассопереноса

1. Визуализация теплопередачи в твердых оптически прозрачных средах Возможность данного применения была показана на примере теплопередачи в образце плексигласа Во время эксперимента на образец плексигласа ставилась емкость с горячей водой, от которой в глубь плексигласа распространялась тепловая волна.

2 Тепловое воздействие лазерного излучения на поглощающую жидкость В данном эксперименте использовался аргоновый лазер, который генерировал излучение на длинах волн 0,5145 и 0,4880 мкм Мощность лазера изменялась от 300 до 600 мВт Кювета, содержащая поглощающую жидкость, длиной 36 мм, шириной 24 мм и высотой 40 мм имела толстые стенки (3 мм) Излучение фокусировалось в кювете с поглощающей жидкостью объективом микроскопа с десятикратным увеличением В качестве фонового экрана используются

изображения с хаотически расположенными точками и с наклонными линиями. Для регистрации теплового процесса использовалась цифровая видеокамера. На рис. 10 показано изображение, полученное с помощью теневого фонового метода и результат его обработки методом кросскорреляции..

Лазерный пучок

Лазерный пучок

а)

б)

а -ТФМ-изображение, б -результат обработки Рис. 10. Визуализация нагрева жидкости лазерным пучком Синий цвет соответствует наибольшему градиенту показателя преломления, а красный - отсутствию градиента показателя преломления. В этом случае хорошо визуализируется движение тепловой волны, образующейся над лучом лазера в поглощающей жидкости

3. Визуализация пограничного слоя жидкости около нагретого шара в холодной воде. На рис. 11 показано изображение, полученное с помощью ТФМ и результат его обработки методом кросскорреляции. Синий цвет соответствует наибольшему градиенту показателя преломления, а красный - отсутствию градиента показателя преломления.

а) б)

а -ТФМ-изображение, б -результат обработки Рис.11. Визуализация пограничного слоя жидкости около нагретого шара

4. Визуализация газовой струи. Объектом исследования является уменьшенная в масштабе М « 1:100 модель двухконтурного сопла авиадвигателя. На рис. 12, а представлено ТФМ-изображение газовой струи сопла авиадвигателя, а на рис. 12, б его ТФМ-картина.

ЯГ« •

а) б)

а - ТФМ-изображение, б - ТФМ-картина Рис. 12. Визуализация газовой струи

5. Перемешивание горячей и холодной воды. В процессе эксперимента в холодную воду впрыскивалась струя горячей воды с помощью шприца, когда горячая вода доходила до дна ёмкости, происходило отражение волны от дна, и процесс подъема волны теплой воды четко визуализировался.

6. Применение стереоскопического теневого фонового метода. Для визуализации нестационарного распределения градиента температуры в нагретом

) образце плексигласа использовались две цифровые фотокамеры. На рис. 13 представлено векторное поле смещений элементов фонового экрана.

Рис. 13. Распространение тепловой волны в плексигласе

При обработке векторных полей, полученных с двух камер, можно получить трехмерное векторное поле, векторы которого пропорциональны градиенту показателя преломления (рис. 14). Цветом обозначена величина компоненты градиента показателя преломления, перпендикулярной плоскости рисунка, а стрелки показывают направление градиента показателя преломления в плоскости рисунка. Фиолетовый цвет соответствует наименьшему значению, а красный -наибольшему.

Рис. 14. Результат обработки стерео ТФМ-изображения тепловой волны

Во всех описанных выше случаях картины визуализации тепловых полей ^ соответствовали сути физического явления. В случаях, для которых был проведен количественный эксперимент, было получено хорошее совпадение экспериментальных данных с расчетными, что свидетельствует о возможности применения теневого фонового метода для исследования процессов тепломассообмена.

В заключении кратко сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

Основные результаты работы ■Разработан алгоритм модифицированной кросскорреляционной цифровой обработки оптических изображений ТФМ со специализированными методиками фильтрации, подбором параметров обработки и нормировки картин, а также создана программа ВОБХЧеуу, позволяющие получать интегральные характеристики распределения градиентов показателя преломления исследуемой среды.

■Предложена цифровая модель получения оптических картин ТФМ, позволяющая моделировать векторное поле градиента показателя преломления для заданного объекта исследования в виде фазового экрана с учетом характеристик оптико-компьютерной системы и влияния турбулентности атмосферы

■Разработаны физическая модель работы ТФМ с плосковыпуклой линзой в качестве исследуемого объекта и алгоритм обработки картин ТФМ, позволяющие протестировать работу измерительной системы и определить погрешность метода с конкретными видеокамерой, объективом и фоновым экраном

■ Создана модификация стерео ТФМ, показывающая, что метод не зависит от угла наблюдения и позволяет получать многоракурсные изображения, по которым возможно восстановление трехмерного векторного поля

Основным итогом выполнения диссертационной работы явилось решение важной научно-технической задачи разработки теневого фонового метода с цифровой кросскорреляционной обработкой для исследования процессов тепло и массопереноса, имеющей существенное значение для развития оптических методов в теплофизике

Список основных публикаций по теме диссертации

1 Попова Е М, Бычков В Н, Скорнякова Н М Экспериментальное исследование и обработка картин теневого фонового метода // Труды XIV школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» - М Изд-во МЭИ, 2003 Т 1 С 431-434

2 Попова Е М, Толкачев А В , Скорнякова Н М Применение фонового теневого метода для исследования естественной конвекции // Труды седьмой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» -М Изд-во МЭИ, 2003 С 126-129

3 Попова Е М Обработка картин ТФМ методом построения поля направлений // Труды третьей международной конференции молодых

ученых и специалистов «0птика-2003» - СПб СПбГУ ИТМО, 2003 С 244245

4 Skornyakova N М , Popova Е М, Rinkevichius В S., and Tolkachev А V Correlation Processing of BOS pictures // Book of Abstracts of 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry - Busan, Korea, September 22-24, 2003 Paper 3209

5 Skornyakova N M , Popova E M, Rinkevichius В S , and Tolkachev A V Correlation Processing of BOS pictures // CD ROM Proceedings of 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry - Busan, Korea, September 22-24, 2003 Paper 3209

6 Попова E M Исследование характеристик фонового экрана в ТФМ для естественной конвекции в жидкости // Тезисы докладов десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» - М Изд-во МЭИ, 2004 Т 1 С 169

7 Popova Е М , Skornyakova N М , Rinkevichyus В S , Tolkachev А V The investigation of heat transfer by Background Oriented Shlieren Method // CD ROM Proc 12th International Symposium on Application of Laser Techniques t< Fluid Mechanics - Lisbon 2004

8 Попова E M Обработка картин теневого фонового метода построение» поля направлений //Оптический журнал Т 71 №9 2004 С 8-11

9 Попова Е М, Скорнякова Н М, Толкачев А В Application of background oriented schheren method to the visualization mhomogemties in liquid durin, exposure to laser radiation // Proceedings of SPIE "Lasers for Measurements an Information Transfer 2004" SPIE, 2004, С 151-161

10 Толкачев А В , Ринкевичюс Б С , Скорнякова Н М, Попова Е М, Масло В П «Применение теневого фонового метода для визуализации газовы струй» // Тезисы научно-технической конференции «Фундаментальны проблемы высокоскоростных течений» -Жуковский 2004

11 Попова Е M , Скорнякова H M , Толкачев А В Применение теневого фонового метода для визуализации неоднородностей в жидкости под воздействием лазерного излучения // Тезисы докладов конференции «Лазеры Измерения Информация» - Санкт-Петербург, 2004, С.43-44

12 Попова ЕМ, Толкачев AB, Пешков ДИ Исследование разрешающей способности теневого фонового метода // Труды восьмой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» - M Изд-во МЭИ, 2005 С 120-123

13 Попова Е M Построение поля температур по изображению потока // Тезисы докладов одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» -М Изд-во МЭИ, 2005 Т 1 С 178

14 Попова Е M , Скорнякова H M , Толкачев А В Построение температурного поля в твердом образце теневым фоновым методом // Труды XV школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» -М Изд-во МЭИ, 2005, Т 2 С 331-334

15 Попова Е M , Евтихиева О А Исследование разрешающей способности и влияния параметров экспериментальной установки теневого фонового метода (ТФМ) // Тезисы докладов двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» - M Изд-во МЭИ, 2006 С 204-205

16 Popova Е M, Skornyakova N M, Tolkachev A V Visualization of the heat-mass exchange processes in solid optically transparent substances and in liquids // Proceedings of 12th international symposium on flow visualization September 10-14, 2006, German Aerospace Center (DLR), Göttingen, Germany

17 Popova E, Klinge F, Kompenhans J, Skornyakova N Research on BOS Resolution and Accuracy Depending on Parameters of the Setup // Труды девятой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» - M Изд-во МЭИ, 2007 С 120-123

Содержание.

Введение.

1 Основы теневых методов.

1.1 Схемы классических теневых методов [12, 13].

1.2 Принцип теневого фонового метода.

1.3 Состояние ТФМ на момент начала работы.

1.4 Выводы по разделу 1.

2 Цифровая обработка ТФМ изображений.

2.1 Цифровые методы обработки ТФМ изображений.

2.1.1 Кросскорреляционная обработка ТФМ изображений.

2.1.2 Методы поля направлений.

2.2 Выбор оптимальных параметров алгоритма обработки ТФМ изображений для задач тепломассообмена.

2.2.1 Кросскорреляционная обработка.

2.2.2 Методы поля направлений.

2.3 Выводы по разделу 2.

3 Цифровое моделирование картин ТФМ.

3.1 Распространение лучей в оптически неоднородной среде.

3.2 Аппаратная функция ТФМ.

3.3 Модель фазового экрана.

3.4 Модель постоянного градиента показателя преломления.

3.5 Модель переменного показателя преломления.

3.6 Влияние параметров окружающей среды на вид ТФМ картин.

3.6 Выводы по разделу 3.

4. Экспериментальные исследования характеристик ТФМ.

4.1 Определение чувствительности ТФМ.

4.1.1 Определение чувствительности ТФМ с помощью одиночного клина

4.1.2 Определение чувствительности ТФМ с помощью набора полых призм заполненных газом.

4.1.3 Определение чувствительности ТФМ с помощью линзы.

4.2 Выводы по разделу 4.

5. Применение теневого фонового метода для исследования процесса теплопередачи.

5.1 Визуализация теплопередачи в плексигласе.

5.2 Тепловое воздействие лазерного излучения на поглощающую жидкость

5.3 Визуализация теплового пограничного слоя в жидкости.

5.4 Визуализация газовой струи.

5.5 Исследование тепломассопереноса в жидкостях.117 !

5.6 Стереоскопические исследования.

5.7 Выводы по разделу 5.

Бесконтактные методы исследования всегда были предпочтительны для исследования процессов тепломассообмена. В последнее время наибольшее развитие получают такие новые методы оптической диагностики, как метод анемометрии изображения частиц, компьютерно-лазерный рефрактометрический метод и теневой фоновый метод (ТФМ) [1 - 9]. Одним из главных преимуществ ТФМ по сравнению с остальными оптическими методами диагностики являются очень скромные требования к технике. Теневой фоновый метод, применяемый в данной работе, позволяет визуализировать и исследовать процессы тепломассообмена в оптически прозрачных жидкостях. В то же время, при оптимальных " параметрах установки, можно получить высокие разрешение и чувствительность [10]. Кроме того, к достоинствам данного метода можно отнести- неограниченное поле обзора и, следовательно, неограниченный размер исследуемого объекта, существенную роль методов обработки изображения, высокую точность, быстроту вычислений и двустороннюю чувствительность. Важным моментом для неограниченного применения ТФМ является возможность использования при диагностике естественных экранов (лес, земля и т.п.). Так как это новый метод для таких задач [11], то алгоритмы обработки изображений и построения полей визуализации еще не до конца разработаны.

В настоящее время разработано много оптических методов, применимых к задачам тепломассообмена, таких как: анемометрия изображения частиц, лазерная доплеровская анемометрия, интерференционные и теневые методы. Данные методы можно разделить на группы по нескольким признакам.

Во-первых, методы можно разделить на точечные и пространственные. К первой группе относится лазерная доплеровская анемометрия, ко второй -анемометрия изображения частиц, интерференционные и теневые методы.

Во-вторых, важным параметром является применимость метода к различным видам исследуемых объектов. Анемометрия изображения частиц применима только к жидким или газообразным средам, в то время как интерференционные и теневые методы применимы также и к твердым телам.

В данной работе будут рассмотрены теневые методы, проведен обзор современной научно-технической литературы, приведены оптические схемы и описания основных классических теневых методов (качественных и количественных) и некоторых рефракционных. Будет показано, что для всех классических теневых методов требуются сложные дорогостоящие оптические установки, требующие точной настройки и юстировки, что существенно снижает возможности их применения. Также будут рассмотрены принципы теневого фонового метода и его стерео модификации, основным отличием которых от классических теневых методов являются простота и дешевизна i требуемого оборудования, а также возможность '' проведения крупномасштабных исследований в полевых условиях.

Будут рассмотрены методы обработки картин теневого фонового метода такие, как кросскорреляционная обработка и методы поля направлений (метод параметрической аппроксимации и метод локальных градиентов).

Будут рассмотрены варианты распространения лучей в оптически неоднородной среде и приведены примеры результатов обработки искусственно смоделированных изображений оптически неоднородных сред.

Будут рассчитаны модели постоянного и переменного градиентов показателей преломления на примерах, плоскопараллельной пластины, клина и линзы, соответственно. Будут выведены формулы для расчета смещения деталей фонового экрана при известных параметрах установки и исследуемого объекта для данных исследуемых объектов.

Будет исследовано влияние параметров окружающей среды на точность теневого фонового метода. Смоделированы изображения фонового экрана, регистрируемые видеокамерой, при наличии турбулентности в атмосфере. Произведена корреляционная обработка этих изображений. Показана возможность получения точных результатов даже при наличии турбулентности в атмосфере.

Будут описаны экспериментальные исследования теневого фонового метода.

Будет определена разрешающая способность теневого фонового метода. Для этого будут проведены эксперименты с исследуемыми объектами в виде одиночного клина, набора клиньев заполненных газом, а также плосковыпуклой линзы. Погрешность метода не превышает 5% для градиентов показателя преломления, при которых смещение деталей фонового экрана больше 0,5 пикселя.

Также будут проведена оптимизация параметров алгоритма обработки для различных вариантов фоновых экранов.

Будут сделаны выводы о целесообразности использования однотонных фоновых экранов для исследуемых объектов показатель преломления которых сильно зависит от длины волны.

Рассмотрены различные возможности применения теневого фонового метода.

Первым возможным применением является исследование теплопередачи в оптически прозрачных средах. Возможность данного применения будет показана на примере теплопередачи в образце плексигласа.

Вторым возможным применением является исследование теплового воздействия лазерного излучения на поглощающую жидкость. В этом случае хорошо визуализируется движение тепловой волны, образующейся над лучом лазера в поглощающей жидкости.

Также с помощью теневого фонового метода проведены исследования пограничного слоя около нагретого шара в холодной воде.

Исследование тепломассопереноса в жидкостях будет проведено на примере перемешивания горячей и холодной воды.

Также показана возможность применения стереоскопического теневого фонового метода на примере плосковыпуклой линзы и нагрева образца плексигласа.

Показана возможность применения теневого фонового метода для исследования процессов тепломассообмена.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является исследование и применение теневого фонового метода для решения задач процессов тепломассообмена.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать и исследовать методику цифровой обработки оптических картин ТФМ;

- разработать цифровую модель картин ТФМ;

-определить чувствительность и разрешающую способность метода и провести оптимизацию параметров алгоритма обработки картин визуализации;

-исследовать влияние параметров окружающей среды на характеристики ТФМ;

- исследовать области применения ТФМ для диагностики процессов тепломассообмена.

Научная новизна работы. Разработан алгоритм модифицированной кросскорреляционной цифровой обработки оптических изображений ТФМ со специализированными методиками фильтрации и нормировки и создана программа, позволяющие получать интегральные характеристики распределения градиентов показателя преломления исследуемой среды.

Предложена цифровая модель получения оптических картин ТФМ, позволяющая моделировать векторное поле градиента показателя преломления для заданного объекта исследования в виде фазового экрана с учетом характеристик оптико-компьютерной системы и влияния турбулентности атмосферы.

Разработаны физическая модель работы ТФМ с плосковыпуклой линзой в качестве исследуемого объекта и алгоритм обработки картин ТФМ, позволяющие протестировать работу измерительной системы и определить погрешность метода с конкретными видеокамерой, объективом и фоновым экраном.

Создана модификация стерео ТФМ, показывающая, что метод не зависит от угла наблюдения и позволяет получать многоракурсные изображения, по которым возможно восстановление трехмерного векторного поля.

Основные положения, выносимые на защиту;

Разработанный алгоритм цифровой кросскорреляционной обработки оптических картин ТФМ с методиками фильтрации и нормировки и созданная программа В OS View позволяют получать векторное поле интегральных характеристик распределения градиентов показателя преломления исследуемой среды.

Предложенная цифровая модель получения оптических картин ТФМ позволяет рассчитать векторное поле градиента показателя преломления для фазового экрана с учетом характеристик оптико-компьютерной системы и влияния турбулентности атмосферы.

Разработанная физическая модель ТФМ системы с плосковыпуклой линзой и разработанный алгоритм обработки ТФМ изображений являются оптимальными для тестирования работы измерительной системы и определения погрешности метода. Изображения ТФМ не зависят от угла наблюдения.

Практическая ценность работы. Предложенные методы и алгоритмы обработки оптических изображений ТФМ могут быть применены при исследовании атмосферных явлений, распределений плотности и температуры около нагретых объектов, проверке качества оптических деталей. Их можно использовать для создания оптико-компьютерной измерительной аппаратуры и при проведении измерений в промышленных аэродинамических трубах, крупномасштабных аэродинамических исследованиях, натурном эксперименте И т.д.

Разработанные цифровые модели картин ТФМ при наличии турбулентности могут быть использованы для тестирования программ обработки оптических изображений.

Полученные результаты использовались при выполнении научных работ по грантам Минобрнауки (тема № 1019032, тема № 1054050, тема №1055050, проект 1109, проект РНП-2-1-2-686), РФФИ (проект 07-07-135 29 ОФИ-Ц), Евросоюза (проект ASTS-CT-2006-030827) и INTAS (проект № YS 05-1094517).

Достоверность полученных результатов. Все экспериментальные > результаты сравнивались с теоретически рассчитанными и полученными другими методами диагностики.

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях и семинарах в период с 2003 по 2007 г.г.

• XIV- XV школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 2003, 2005.

• 7, 8, 9 Международные научно-технические конференции «Оптические методы исследования потоков», Москва, 2003, 2005, 2007.

• 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry, Gottingen, 2003.

• Третья международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2003».

• 12th International Symposium on Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, 2004.

• 9, 10, 11, 12 - Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ (ТУ), 2003-2006 г.г.

• «Лазеры. Измерения. Информация», Санкт-Петербург, 2004 г.

• 12th International Symposium on Flow Visualization, Gottingen, 2006 . Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 17 печатных работах, в том числе без соавторов - 4 работ. Из них 1 статья (одна в реферируемом журнале).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 142 машинописных страницы, включая 98 рисунков, 3 таблицы, 49 наименований списка литературы.

5.7 Выводы по разделу 5

Рассмотрены различные возможности применения теневого фонового метода для задач визуализации теплопередачи.

Первым возможным применением является исследование теплопередачи в оптически прозрачных средах. Возможность данного применения была показана на примере теплопередачи в куске плексигласа. Экспериментальные результаты качественно совпадают с физикой явления.

Вторым возможным применением ТФМ является исследование теплового воздействия лазерного излучения на поглощающую жидкость. В этом случае хорошо визуализируется движение тепловой волны, образующейся над лучом лазера в поглощающей жидкости.

Также с помощью теневого фонового метода были проведены исследования пограничного слоя около нагретого шара в холодной воде. Картина визуализации соответствует теоретическим предсказаниям.

Исследование тепломассопереноса в жидкостях было проведено на примере перемешивания горячей и холодной воды. В результате обработки серии изображений была получена четкая картина визуализации продвижения тепловой волны, отраженной от дна сосуда.

Также была показана возможность применения стереоскопического теневого фонового метода на примере плосковыпуклой линзы и нагрева куска плексигласа.

Во всех описанных выше случаях картины визуализации соответствовали физике явления. В случаях, для которых был проведен количественный эксперимент, было получено хорошее совпадение с теорией, что свидетельствует о возможности применения теневого фонового метода для исследования процессов тепломассообмена.

Заключение

Рассмотрены теневые методы, проведен обзор современной научно-технической литературы по рефракционным методам. Приведены оптические схемы и описания основных классических теневых методов: качественных и количественных. Показано, что для всех классических теневых методов требуются сложные дорогостоящие оптические установки, требующие точной настройки и юстировки, что существенно снижает возможности их широкого применения. Рассмотрены принципы теневого фонового метода и его стерео модификации, основным отличием которых от классических теневых методов являются простота и дешевизна требуемого оборудования, а также возможность проведения крупномасштабных исследований в полевых условиях.

Рассмотрены цифровые методы обработки картин ТФМ такие, как кросскорреляционная обработка и методы поля направлений (метод параметрической аппроксимации и метод локальных градиентов).

Рассмотрены закономерности распространения лучей в оптически неоднородной среде и приведены примеры результатов обработки искусственно смоделированных ТФМ изображений оптически неоднородных сред.

Рассчитаны модели постоянного и переменного градиентов показателей преломления на примерах плоскопараллельной пластины, клина (постоянный градиент) и линзы (переменный градиент). Выведены формулы для расчета смещения деталей фонового экрана при известных параметрах установки и исследуемого объекта.

Исследовано влияние параметров окружающей среды на точность теневого фонового метода. Смоделированы изображения фонового экрана, регистрируемые видеокамерой, при наличии турбулентности в атмосфере. Произведена корреляционная обработка этих изображений. Показана возможность получения точных результатов даже при наличии стационарной турбулентности в атмосфере.

Описаны экспериментальные исследования теневого фонового метода. Была определена разрешающая способность теневого фонового метода. Для этого были проведены эксперименты с исследуемыми объектами в виде одиночного клина, набора клиньев, заполненных газом, а также плосковыпуклой линзы. Погрешность метода не превышает 5% для определения градиентов показателя преломления, при которых смещение деталей фонового экрана больше 0,5 пикселя в плоскости ПЗС матрицы.

Также была проведена оптимизация параметров алгоритма обработки для различных вариантов фоновых экранов. В результате было сделано заключение, что для фоновых экранов с линиями подходят методы поля направлений. Наилучшие результаты получаются, когда область опроса равна или чуть больше расстояния между соседними линиями. Тогда в область опроса попадает только одна линия и, соответственно, можно надежно построить распределение градиента показателя преломления.

Для фоновых экранов с элементами в виде точек применим метод кросскорреляционной обработки. Наилучшие результаты обработки получаются, когда область опроса не менее расстояния между соседними элементами фонового экрана, но и ненамного превышает его при перекрытии в 75%.

Сделаны выводы о целесообразности использования одноцветных фоновых экранов для исследуемых объектов, показатель преломления которых сильно зависит от длины волны.

Рассмотрены различные возможности применения теневого фонового метода. Первым возможным применением является исследование теплопередачи в оптически прозрачных средах. Возможность данного применения была показана на примере теплопередачи в образце плексигласа. Экспериментальные результаты в достаточной степени соответствует физике явления.

Вторым возможным применением является исследование теплового воздействия лазерного излучения на поглощающую жидкость. В этом случае хорошо визуализируется движение тепловой волны, образующейся над пучком лазера в поглощающей жидкости.

Также с помощью теневого фонового метода были проведены исследования пограничного слоя около нагретого шара в холодной воде. Картина визуализации соответствует физике явления.

Исследование тепломассообмена в жидкостях было проведено на примере перемешивания горячей и холодной воды. В результате обработки серии изображений была получена четкая картина визуализации распространения тепловой волны, отраженной от дна сосуда.

Показана возможность применения стереоскопического теневого фонового метода на примере плосковыпуклой линзы и нагрева образца плексигласа.

Во всех описанных выше случаях картины визуализации соответствовали физике явления. В случаях, для которых был проведен количественный эксперимент, было получено хорошее совпадение с теорией, что свидетельствует о возможности применения теневого фонового метода для исследования процессов тепломассообмена.

Благодарности

Автор работы выражает глубокую благодарность научному руководителю доценту Евтихиевой О.А. за постоянный интерес к проведению работы и внимательное руководство.

Автор также благодарен профессору Ринкевичюсу Б.С. и доценту Скорняковой Н.М. за консультации по теме работы, а также справедливую и своевременную критику недостатков работы. Автор благодарен ведущему научному сотруднику Толкачеву А.В. за помощь в проведении экспериментальных исследований и неоценимую помощь в обсуждении полученных результатов.

Автор выражает благодарность Компенхансу Ю. и Клинге Ф. за руководство во время проведения экспериментов в немецком аэрокосмическом агенстве в Гёттингене, Германия, а также немецкому аэрокосмическому агенству за предоставленное для экспериментов оборудование.

Автор выражает признательность сотрудникам кафедры физики им. В.А.Фабриканта, которые активно способствовали проведению исследований и получению практических результатов.

1. Kompenhans J., Raffel M., Dieterle L. etc. Particle Image Velocimetry in Aerodynamics: Technology and Applications in Wind Tunnels. // Proc. of VSJ-SPIE98. 1998. Yokohama. JAPAN.

2. Lecordier, В., Mouqallid, M., Vottier, S., Rouland, E., Allano, D., Trinite, M. CCD recording, method for cross-correlation PIV development in unstationary high speed flow. // Experiments in fluids. 1994. - No. 17. - pp.205-208.

3. Ринкевичюс Б. С. Лазерная диагностика потоков / Под ред. В. А. Фабриканта. М.: МЭИ, 1990. - 287 с.

4. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. — М.: «Наука», 1982. 303 с.

5. Ринкевичюс Б.С., Салтанов Г.А. Оптические методы исследования двухфазных потоков. // Паражидкостные потоки. Минск: ИТМО АН БССР, 1977.-С. 176-193.

6. Дубнищев Ю.Н., Соболев B.C., Файстауэр Н. и др. В кн.: Лазерная доплеровская анемометрия и ее применения. — Новосибирск: Ин-т автомат, и электрометр. СО АН СССР, 1980.

7. Горбулин Ю.М., Злотников Д.М., Знаменская И.А. и др. Теневой метод исследования плазмы в ИК диапазоне с использованием ап-инверсии. // Письма в ЖТФ, №3, 1984.

8. Левин Г.Г., Вишняков Г.Н. Оптическая томография. М.: Радио и связь, 1989, 224 с.

9. Лебедева В.В. Экспериментальная оптика. М.: Изд-во МГУ, 1994.

10. Klinge F., Kirmse Т., Kompenhans J. Application of Quantative Background Oriented Schlieren (BOS): Investigation of a Wing Tip Vortex in a Transonic Wind Tunnel // Proc. of PSFVIP-4, June 3-5, 2003, Chamonix, France. Paper Number: 4097.

11. Meier G. E. A. Computerized background-oriented schlieren // Experiments in Fluids. 33.2002. P. 181-187.

12. Хауф В., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче. М.: Издательство «Мир». - 1973. - 240 с.

13. Васильев JI.A. Теневые методы. М.: Издательство Наука. Главная редакция физико-математической литературы. - 1968. - 400 с.

14. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / 2 издание , Наука, 1973 г. 720 с.

15. F. Klinge, T. Kirmse, J. Kompenhans. Application of Quantitative Background Oriented Schlieren (BOS):1.vestigation of a Wing Tip Vortex in a Transonic Wind Tunnel // Proceedings of PSFVIP-4 June 3-5, 2003, Chamonix, France. F4097.

16. L. Venkatakrishnan, G. E. A. Meier. Density measurements using the Background Oriented Schlieren technique // Experiments in Fluids 37 (2004) 237247 DOI 10.1007/s00348-004-0807-l.

17. M. Raffel, H. Richard, G. E. A. Meier. On the applicability of background oriented optical tomography for large scale aerodynamic investigations // Experiments in Fluids 28 (2000) 477±481 О Springer-Verlag 2000.

18. S. Loose, H. Richard, T. Dewhirst, M. Raffel. Background oriented schlieren (BOS) and particle image velocimetry (PIV) applied for transonic turbine blade investigations //

19. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений. М.: Сов. Радио. - 1979. - 312 с.

20. Попова Е. М. Корреляционная обработка картин ТФМ. Тезисы докладов девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» М.: изд-во МЭИ, 2003. т. 1. стр. 166.

21. Гудмен Дж. Статистическая оптика. М.: Мир, 1988.

22. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981.

23. Попова Е. М. Обработка картин ТФМ методом поля направлений // Труды 3 МКМУС «0птика-2003»/ Под ред. С.А. Козлова. // СПб: СПбГУ ИТМО, 2003. стр. 26-28.

24. Попова Е.М. Обработка картин теневого фонового метода построением поля направлений. // Оптический журнал. Т. 71. № 9. 2004. С. 8 11.

25. Парыгин В.Н., Балакший В.И. Оптическая обработка информации. М.: Издательство МГУ, 1987.30. «Методы компьютерной обработки изображений» под ред. В. А. Сойфера Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2001.

26. Попова Е.М., Толкачев А.В., Скорнякова Н.М. Применение фонового теневого метода для исследования естественной конвекции. Труды седьмоймеждународной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков». М.: изд-во МЭИ, 2003 с. 126-129

27. Skornyakova N. М., Popova Е. М., Rinkevichius В. s., and Tolkachev А. V. Correlation Processing of BOS pictures. Book of Abstracts of 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry. Busan, Korea, September 22-24, 2003. Paper 3209.

28. Skornyakova N. M., Popova E. M., Rinkevichius B. s., and Tolkachev A. V. Correlation Processing of BOS pictures. CD ROM Proceedings of 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry. Busan, Korea, September 22-24, 2003. Paper 3209.

29. Информационная оптика / Н.Н. Евтихиев, О. А. Евтихиева, И.Н. Компанец и др. Под ред. Н.Н. Евтихиева. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

30. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.

31. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т. 1,2. М.: Мир, 1981.

32. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах. Л.: Машиностроение, 1989.

33. Ярив А. Введение в оптическую электронику. М.: Высшая школа, 1983.

34. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. Издательство: Техносфера, 1072 стр., 2005 г.

35. Попова Е.М., Толкачев А.В., Пешков Д.И. Исследование разрешающей способности теневого фонового метода. Труды восьмой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков». М.: изд-во МЭИ, 2005 с. 194-197.

36. Попова Е.М. Построение поля температур по изображению потока. Тезисы докладов одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» М.: изд-во МЭИ; 2005. т. 1. стр. 178.