3D-Partikelpositionen mit einer Lichtfeldkamera

Bearbeiter:Dipl.-Phys. Christoph Skupsch

Inhalt:

3D Geschwindigkeitsmessungen können mit einer einzigen Kamera durchgeführt werden, die mit einer Vorort hergestellten Linsenarrayoptik ausgestattet wurde. Eine solche Kamera wird auch Lichtfeldkamera genannt. Über das Linsenarray werden nicht nur räumliche Koordinaten einfallender Lichtstrahlen aufgezeichnet, sondern auch ihre Winkelinformation. Ähnlich der Triangulation beim menschlichen Sehen, detektiert die Kamera die 3D-Position eines Objekts. Wegen der geringen Winkelauflösung der einzelnen Kamera, ist dieFig.1: Aufbau der SAPIV Empfangsoptik. Zufällig verteilte Lichtstrahlen propagieren zwischen Partikel und Kamerachip. Dargestellt sind 100 Layout-Strahlen. (Simuliert mit ZEMAX.) Tiefenunsicherheit groß (bezogen auf die Ausdehnung des Messvolumens). Aus diesem Grund werden fünf äquidistante Lichtschnitte zur Beleuchtung einer Strömung verwendet. Die Lichtschnitte sind 12.5mm voneinander entfernt, bei gleicher Lichtintensität. 3D-Partikelpositionen werden aus einer einzigen 2D-Aufnahme rekonstruiert. Auf jeder der parallelen Messebenen werden die Geschwindigkeitsfelder simultan durch 2D-PIV bestimmt. Der schnelle Refokussierungsalgorithmus basiert auf der 3D-Messtechnik synthetic-aperture particle image velocimetry (SAPIV).

Die vollständige Arbeit ist in Optics Express veröffentlicht und kann unter folgendem heruntergeladen werden:
C. Skupsch et al., "Multiple-plane particle image velocimetry using a light-field camera," Opt. Express 21, 1726-1740 (2013).

This work is performed within the Cluster of Excellence "Structure Design of Novel High-Performance Materials via Atomic Design and Defect Engineering (ADDE)", which is financially supported by the European Union (EU) (European regional development fund) and by the Saxon Ministry of Science and Art (SMWK).