PIV测速原理及系统结构_竞技宝官网，浙江省竞技宝测速设备检测技术中心

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PIV技术来源于流动显示技术，主要通过图像分析技术追踪散布在流场中小

颗粒，并用这些颗粒的运动来表征流体的运动，其具体操作过程为：首先在流场

中布撒示踪粒子，使用532nm的激光或其他光源照亮所测流场区域，通过连续两

次或多次曝光，粒子的图像被记录在底片上或成像在CCD面上；然后采用自相关

法、互相关法以及颗粒跟踪等方法处理粒子图像，计算出流场中各点的流速矢量；

最后根据需求，反演出其他运动参量（包括流场速度矢量图、速度分量图、流线

图等）。从本质上来讲，粒子图像测速测出的是流场中粒子的速度，是利用布撒

在流体中的跟随性较好的示踪粒子来代表粒子所在位置的流场速度。

根据式(1-1)可知只要在图像分析过程中获得粒子的位移信息，然后配合摄

像机的定标参数，便可以得到该粒子的空间位移信息，另外由于在一次实验中

是固定的，所以该粒子在笛卡尔坐标系中的速度矢量可以计算得到。当获知足够

多粒子的位移情况即可重建整个流场的速度分布。

PIV 技术按照示踪粒子的浓度大小可分为粒子跟踪测速技术（Particle

Tracking Velocimetry, PTV）、粒子图像测速技术（这里指使用区域匹配方法的

PIV）和激光散斑测速技术（Laser Speckle Velocimetry, LSV）。当粒子浓度极

低时，可以通过识别、跟踪单个粒子的运动，从所采集的粒子图像中直接测得单

个粒子的位移，这种低粒子密度模式的图像测速方法即为 PTV 技术；当流场中粒

子浓度很高时，以至于粒子在成像系统像平面上形成激光散斑图案（散斑已经掩

盖了真实的粒子图像），这种极高粒子密度模式的图像测速方法即 LSV 技术；PIV

技术则是指粒子浓度较高的成像模式，但尚未在成像系统像面上形成散斑图案，

仍然是真实的粒子图像的图像测量方法，由于此时粒子的识别工作较为困难，只

能获得一小块兴趣区域内多个粒子位移的统计平均值。LSV 技术由于其高粒子浓

度对流场干扰较大，目前已很少采用；PTV 技术由于粒子稀疏，可以通过跟踪单

个粒子的运动轨迹测得速度，比 PIV 测速方法更容易从二维推广到三维，但 PTV

技术所提取的流场速度信息较少，这也限制了它在流场细微结构研究中的应用。