DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN IMAGE PROCESSING ALGORITHM FOR VELOCIMETRY SYSTEMS

Resumen

ABSTRACT The fluid dynamics presents a complex behavior and in certain regimes it has not been theoretically understood by the physics laws yet. For this reason, the experimental techniques of flow visualization have been used since the 70's with the first methods introduced in laser applications like LDV (Laser Doppler Velocimetry). In these last ten years, due to the digital CCD camera improvements, the development of frame grabbers and microcomputers with better processing performance and large memory, image processing techniques have been applied to investigate fluid dynamics. However, the scientific works in this field of velocimetry through image processing have been always focused in the physical basis behind the measurement, in the improvements or developments of specific algorithms, and in the use of different equipments for instrumentation, not considering the engineering aspects involved in the methodology for the conception and the design of the entire Velocimetry System. In this way, this work presents the design and the implementation of an image processing algorithm for the measurement of the two-dimensional velocity field of fluid flows. This image processing algorithm is a part of a whole Velocimetry System developed by us and that has been successfully applied to different physical systems as our recent publications shown. Keywords: flow visualization, signal processing, electro-electronic instrumentation, and Velocimetry System. RESUMO A dinâmica de fluidos apresenta um comportamento complexo e em certo regimes ainda não é adequadamente compreendida pelas leis da Física. Por esta razão, técnicas experimentais de visualização de escoamentos têm sido utilizadas desde a década de 70, com os primeiros métodos introduzidos em aplicações envolvendo LASER tais como LDV (Laser Doppler Velocimetry). Nestes últimos 10 anos, devido ao aperfeiçoamento das câmeras digitais CCD, ao desenvolvimento de placas de captura e de microcomputadores com melhor desempenho e maior memória, técnicas de processamento de imagens têm sido aplicadas na investigação da dinâmica de fluidos. Contudo, trabalhos científicos nesta área de Velocimetria por processamento de imagens têm focado usualmente o embasamento físico deste tipo de medida, o aperfeiçoamento ou desenvolvimento de algoritmos específicos e a utilização de diferentes equipamentos para instrumentação, não considerando os aspectos de engenharia envolvidos na metodologia de concepção e de projeto do Sistema de Velocimetria como um todo. Neste sentido, este trabalho apresenta o projeto e a implementação de um algoritmo de processamento de imagens para a medição de campos bidimensionais de velocidade de escoamentos. Este algoritmo de processamento de imagens corresponde à uma parte de um Sistema de Velocimetria desenvolvido pelo autor e que tem sido aplicado em diferentes sistemas físicos com sucesso, conforme mostram recentes publicações. Palavras-chave: visualização de escoamentos, processamento de sinais, instrumentação eletroeletrônica e Sistemas de Velocimetria.