Т. А. ВОВК, Т. Ю. НИКОЛАЕВА
Научный руководитель – Н. В. ПЕТРОВ, к. ф.-м. н.
Университет ИТМО, Санкт-Петербург
КАЛИБРОВКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ОБЪЕМА
С ЧАСТИЦАМИ НА ОСНОВЕ ОТНОШЕНИЯ ПИКА КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ К ПЬЕДЕСТАЛУ
В данном сообщении исследуется новый метод характеризации взвешенных в объеме однотипных сферических частиц с помощью отношения пика корреляционной функции к пьедесталу. Корреляционная функция рассчитывается для двух соседних слоев объема, содержащих частицы. Метод был изучен с помощью численного моделирования, а также был проверен экспериментально.
Предложен новый метод определения концентрации частиц в объеме на основании отношения пика корреляционной функции, рассчитанной для двух записанных в соседних плоскостях изображений частиц, к ее пьедесталу. Изображения получаются путем записи осевых голограмм по методу Габора, восстанавливаемых численным моделированием распространения когерентного волнового фронта в плоскости (слое) объема. Данный метод записи голограмм-изображений взвеси частиц в объеме был рассмотрен ранее в [1, 2, 3].
Для оценки эффективности данного метода как инструмента была создана программная модель, позволяющая исследовать предложенный метод на большой статистической выборке. На первом этапе послойно формируется объем с частицами, для которых заданы определенные распределение, размеры и количество частиц, затем в этом объеме моделируется распространение когерентного волнового фронта (голограмма Габора). На следующем шаге производится обратное распространение волнового фронта от полученной голограммы и восстановление двух изображений объема – соседних слоев, содержащих сфокусированные частицы. На третьем этапе от двух изображений берется функция взаимной корреляции, для которой вычисляется параметр – отношение пика этой функции к ее пьедесталу. Процесс многократно повторяется с изменением концентрации и размеров частиц.
Отношение пика корреляционной функции к пьедесталу между сечениями соседних слоев объема возрастает с увеличением концентрации частиц что обусловлено увеличением неповторяющихся элементов изображений.
Было показано, что численное моделирование, проведенное с помощью графической среды программирования LabView, повторяет экспериментальные данные с большой долей точности. При обширной статистической выборке метод может быть откалиброван для частиц с определенными характеристиками и впоследствии может быть использован для быстрого детектирования, измерения и учета частиц в объеме, например, в задачах биологии и океанологии (учет планктона в морской воде), в изучении динамики потоков частиц, в исследовании прозрачных сред, в таких практических задачах, как впрыск топлива, сельскохозяйственные спреи, фармацевтика и другие.
Исследование зависимости отношения пика к пьедесталу функции корреляции от концентрации частиц показало, что в общем случае равномерного распределения частиц в объеме эта зависимость является линейной.
Список литературы
1. Nikolaeva T. Yu., Petrov N. V. Characterization of particles suspended in a volume of optical medium at high concentrations by coherent image processing // Opt. Eng. 2015. V.54(8). P.101.
2. Nikolaeva T. Yu., Petrov N. V. Statistical study of coherent images of particles in the volume of optical medium // Proc. SPIE. 2014. V.9216. P.921612.
3. , Петров объема с высокой плотностью частиц на основе контурного и корреляционного анализа изображений // Вестник ИТМО. 2014. Т.94(6). С.15-21.
