光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法

刘国忠, 李萍

文章导航 > 红外与激光工程 > 2015 > 44(1): 273-278

刘国忠, 李萍. 光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(1): 273-278.

引用本文:

刘国忠, 李萍. 光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(1): 273-278.

Liu Guozhong, Li Ping. 3D visualization velocimetry technique for microfluidic based on optics coherence tomography[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(1): 273-278.

Citation:

Liu Guozhong, Li Ping. 3D visualization velocimetry technique for microfluidic based on optics coherence tomography[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(1): 273-278.

光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法

刘国忠¹,
李萍²

1.
北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;
2.
北京信息科技大学自动化学院,北京100192

基金项目:

国家自然科学基金(61240057)

作者简介:
刘国忠(1966-),男,教授,博士,主要从事精密测量、OCT等方面的研究。Email:liuguozhong@bistu.edu.cn

中图分类号: TH815;TH744

3D visualization velocimetry technique for microfluidic based on optics coherence tomography

Liu Guozhong¹,
Li Ping²

1.
School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering,Beijing Information Science & Technology University,Beijing 100192,China;
2.
School of Automation,Beijing Information Science & Technology University,Beijing 100192,China

摘要: 为实现微流场3D 可视化速度测量,建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子,实现全流场流动特性3D 可视化;利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数,对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配,根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量,实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测,对微流动器件流动特性研究具有重要意义。
- 微粒子图像测速技术 /
- 光学相干层析 /
- 微流体 /
- 匹配
Abstract: In order to realize 3D visualization velocimetry of microfluidic, an micro-particle tracking velocity measurement system based on optics coherence tomography was established and the principles of the system, algorithms such as image extraction of micro-particles, matching, and velocity computation were investigated. First, velocity measurement system based on optics coherence tomography and scanning and imaging method were presented. Then, micro-particles in fluid were detected using median filtering, OTSU binarization method and volume filtering to realize 3D visualization of flow characteristics. Finally, to find an optimal matching of micro-particles, the cost function was defined using the quadratic distance between particles, as well as the quadratic differences in the intensity moment of order 2, and velocity was computed using 3D coordinates of particles. Experimental results such as 3D particle images, and velocity vector with micrometer spatial resolution in convective flow were given. It is important for the velocity measurement of the complex microfluidic and study of microfluidic devices.
- micro-scale particle image velocimetry /
- optics coherence tomography /
- microfluid /
- matching

[1]
[2]	Robert C R W, Andrew J D. Microfluidics: Exploiting elephants in the room[J]. Nature, 2010, 464(7290): 839-840.
[3]	Colin S. Microfluidics[M]. Lodon: John Wiley Sons, 2010.
[4]
[5]	Wu Limin, Ye Lihua, He Anzhi, et al. Turbulent flow velocity field measurement of recoil mechanism by LDV [J]. Infrared and Laser Engineering, 1998, 27(6): 29-30. (in Chinese) 吴利民, 叶莉华, 贺安之, 等. 激光多普勒对于火炮驻退机湍流速度场的测量[J]. 红外与激光工程, 1998, 27(6): 29-30.
[6]
[7]	Wu Limin, You Haihang. Blood flow measurement by self-mixing semiconductor laser Doppler velocimeter[J]. Infrared and Laser Engineering, 1997, 26(5): 59-61. (in Chinese) 吴利民, 尤海航. 自混合型半导体激光多普勒测速仪对血流量的测量[J]. 红外与激光工程, 1997, 26(5): 59-61.
[8]
[9]
[10]	Brody J P, Yager P, Goldstein R E, et al. Biotechnology at low Reynolds numbers[J]. Biophys J, 1996, 71(6): 3430-41.
[11]	Santiago J G, Wereley S T, Meinhart C D, et al. A particle image velocimetry system for microfluidics [J]. Experiments in Fluids, 1998, 25(4): 316-319.
[12]
[13]	Ralph Lindken, Massimiliano Rossi, Sebastian Groe, et al. Micro-Particle Image Velocimetry (uPIV): Recent developments, applications, and guidelines [J]. Lab on a Chip, 2009, 17: 2551-2567.
[14]
[15]	Fercher A F, Drexler W, Hitzenberger C K, et al. Optical coherence tomography-principles and applications [J]. Rep Prog Phys, 2003, 66: 239-303.

[1]	费宇航, 隋修宝, 王庆宝, 陈钱, 顾国华. 微透镜阵列光学实现卷积运算 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20210887-1-20210887-6. doi: 10.3788/IRLA20210887
[2]	杨昌鹏, 徐侃, 薛亮, 黄金印, 于新刚, 刘银年, 宋云飞, 何明键. 基于两相流体的超大面源黑体控温技术 . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220195-1-20220195-9. doi: 10.3788/IRLA20220195
[3]	范伟, 刘博, 蒋贇. 基于体光栅窄带光学滤波的激光雷达收发波长动态匹配技术研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210639-1-20210639-7. doi: 10.3788/IRLA20210639
[4]	马丹丹. 图像分块匹配的SAR目标识别方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210120-1-20210120-8. doi: 10.3788/IRLA20210120
[5]	高泽宇, 李新阳, 叶红卫. 流场测速中基于深度卷积神经网络的光学畸变校正技术 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200267-1-20200267-10. doi: 10.3788/IRLA20200267
[6]	胡跃强, 李鑫, 王旭东, 赖嘉杰, 段辉高. 光学超构表面的微纳加工技术研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20201035-1-20201035-19. doi: 10.3788/IRLA20201035
[7]	范文强, 王志臣, 陈宝刚, 陈涛, 安其昌. 自适应光学相干层析在视网膜高分辨成像中的应用 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200333-1-20200333-13. doi: 10.3788/IRLA20200333
[8]	黄卓, 陈凤东, 刘国栋, 魏富鹏, 彭志涛, 唐军, 刘楠. 连接向量特征匹配的暗场图像配准方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1126005-1126005(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1126005
[9]	牛威, 郭世平, 史江林, 邹建华, 张荣之. 自适应光学成像事后处理LoG域匹配图像质量评价 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1111005-1111005(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1111005
[10]	龚肖, 史金龙, 廖芳. 点特征柔性物体三维运动恢复方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 917009-0917009(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0917009
[11]	郑伟, 范飞, 陈猛, 白晋军, 常胜江. 基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003
[12]	何艳萍, 刘新学, 蔡艳平, 李亚雄, 朱昱. 基于粒子群优化的飞行器地形匹配新算法 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 115-120. doi: 10.3788/IRLA201645.S114002
[13]	卢丙辉, 陈凤东, 刘炳国, 刘国栋, 戚子文. 基于映射图像匹配的子孔径拼接技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 824005-0824005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0824005
[14]	曲文艳, 冯飞, 宋家争, 张同意. 压缩态光场实验中的模式匹配与偏频锁定技术研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2655-2660.
[15]	李实秋, 雷建军, 周志远, 张海龙, 范晓红. 基于SIFT 匹配的多视点立体图像零视差调整 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 764-768.
[16]	陈一超, 胡文刚, 武东生, 何永强, 李晓明. 三波段真彩色夜视光谱匹配技术 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3837-3842.
[17]	肖传民, 史泽林, 刘云鹏. 张量子空间降维的边缘图像匹配 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3488-3493.
[18]	王国刚, 史洪岩, 汪滢, 袁德成. 仿射不变子空间特征及其在图像匹配中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 659-664.
[19]	刘强, 张峰, 何欣, 李畅. 应用权重计算方法的光学遥感器材料间匹配性研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 206-211.
[20]	杨新锋, 滕书华, 夏东. 基于空间变换迭代的SIFT特征图像匹配算法 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3496-3501.

WeChat

点击查看大图

计量

文章访问数: 289
HTML全文浏览量: 38
PDF下载量: 263
被引次数: 0

光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法

刘国忠¹,
李萍²

1. 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;

2. 北京信息科技大学自动化学院,北京100192

作者简介:
刘国忠(1966-),男,教授,博士,主要从事精密测量、OCT等方面的研究。Email:liuguozhong@bistu.edu.cn

收稿日期: 2014-05-05
修回日期: 2014-06-15
刊出日期: 2015-01-25

基金项目:

国家自然科学基金(61240057)

中图分类号: TH815;TH744

关键词:

摘要: 为实现微流场3D 可视化速度测量,建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子,实现全流场流动特性3D 可视化;利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数,对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配,根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量,实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测,对微流动器件流动特性研究具有重要意义。

English Abstract

全文HTML

参考文献 (15)

/

下载: 全尺寸图片幻灯片

分享

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

返回