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Erschienen in: Experiments in Fluids 4/2023

01.04.2023 | Research Article

A sparse optical flow inspired method for 3D velocimetry

verfasst von: George Lu, Adam Steinberg, Masayuki Yano

Erschienen in: Experiments in Fluids | Ausgabe 4/2023

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Abstract

We introduce a three-dimensional three-component particle-based velocimetry method that expands the methodology of optical flow to three dimensions. The proposed scheme, sparse particle flow velocimetry (SPFV), uses a sparse representation of intensity fields with kernel functions to facilitate efficient computation in 3D. In addition, to provide robust performance for the large particle displacements seen in images, the sparse representation is combined with a multi-resolution optimization scheme based on an energy functional derived from the displaced frame difference equation; however, this formulation is not reliant on linearized coarse-to-fine warping schemes to enable estimations of large displacements at the cost of potentially freezing large scale velocity features. Performance of SPFV is evaluated in terms of accuracy and spatial resolution, using synthetic particle images from a direct numerical simulation of isotropic turbulence. SPFV yields lower errors than tomographic PIV (T-PIV) and is capable of resolving finer scale features, even for large particle displacements and in the presence of artificial tomographic reconstruction artifacts. The method is also validated on experimental images of reacting flows and shows good agreement with T-PIV results.

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Literatur
Zurück zum Zitat Kazbekov A (2018) Enstrophy transport in premixed swirl flames by askar kazbekov a thesis submitted in conformity with the requirements Kazbekov A (2018) Enstrophy transport in premixed swirl flames by askar kazbekov a thesis submitted in conformity with the requirements
Zurück zum Zitat Kumashiro K (2019) A physics-constrained three-dimensional three-component particle-based velocimetry method for constant-density flows. Master’s thesis, University of Toronto Kumashiro K (2019) A physics-constrained three-dimensional three-component particle-based velocimetry method for constant-density flows. Master’s thesis, University of Toronto
Zurück zum Zitat Ruhnau P, Yuan J, Schnörr C (2007) On variational methods for fluid flow estimation. In: Jähne B, Mester R, Barth E, Scharr H (eds) Complex Motion. Springer, Berlin, Heidelberg, pp 124–145CrossRef Ruhnau P, Yuan J, Schnörr C (2007) On variational methods for fluid flow estimation. In: Jähne B, Mester R, Barth E, Scharr H (eds) Complex Motion. Springer, Berlin, Heidelberg, pp 124–145CrossRef
Metadaten
Titel
A sparse optical flow inspired method for 3D velocimetry
verfasst von
George Lu
Adam Steinberg
Masayuki Yano
Publikationsdatum
01.04.2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Experiments in Fluids / Ausgabe 4/2023
Print ISSN: 0723-4864
Elektronische ISSN: 1432-1114
DOI
https://doi.org/10.1007/s00348-023-03593-z

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