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DAFE - Aérodynamique fondamentale et expérimentale

Code FOLKI-SPIV

Le code Folki SPIV 

L'algorithme FOLKI, initialement proposé par le DTIM pour des applications de vision par ordinateur, a été choisi comme base d'un logiciel complet de traitement d'images de vélocimétrie par images de particules (PIV), appelé FOLKI-SPIV. Son principe est proche des méthodes de PIV traditionnelles, dans la mesure où on recherche le déplacement correspondant à une fenêtre d'interrogation de plusieurs pixels. Par contre, celui-ci est obtenu comme le minimum d'un critère objectif exprimant la superposition des fenêtres aux deux instants (somme des différences aux carrés, SSD), selon la méthode de Lucas-Kanade. La minimisation est effectuée à l'aide d'itérations de Newton. Afin de gérer la possibilité de grands déplacements, on bâtit une pyramide multi-résolution, la "montée" vers l'étage supérieur étant obtenue par remplacement d'un carré de quatre pixels par un pixel de niveau de gris moyen. Ceci divise alors les déplacements par deux dans chaque direction, et permet d'obtenir des valeurs de déplacements à l'étage le plus élevé de la pyramide tels que les itérations de Newton peuvent converger en prenant le déplacement nul comme initialisation. Cet algorithme a été codé sur GPU, dans un environnement graphique Windows. Des ajouts significatifs, impératifs pour la prise en compte de spécificités des images PIV, ont été implémentés: détermination du déplacement selon un critère symétrique, égalisation locale des images pour compenser les variations d'illumination, choix d'interpolation entre bilinéaire et B-spline cubique (voir ci-dessus), prise en compte de masques permettant de traiter plus efficacement les reflets sur les maquettes, calcul d'un score de corrélation permettant d'évaluer la qualité de la mesure. L'outil final a fait l'objet d'une validation fine, d'abord exposé à la conférence PIV09 puis publié dans la revue Experiments in Fluids. Nous y avons montré que FOLKI-SPIV possède une résolution spatiale et une réponse au peak locking identiques à l'état de l'art des algorithmes de corrélation par FFT, avec une robustesse au bruit améliorée. Par ailleurs, FOLKI-SPIV possède plusieurs avantages d'utilisation significatifs par rapport à un logiciel classique (par exemple issu du commerce). Tout d'abord, le traitement repose sur un nombre très réduit de paramètres, ce qui diminue les choix arbitraires devant être faits par l'utilisateur et pouvant mener à des différences de résultat. Ensuite, l'algorithme fournit naturellement un champ dense (1 vecteur par pixel), suréchantillonné, ce qui permet d'extraire l'information de façon fine y compris près des parois comme cela est illustré sur la figure ci-dessous :

Enfin, le temps de calcul nécessaire est pratiquement masqué par le temps de lecture des images, soit 0.4s en 3C avec des images de 2000x2000 pixels. Ceci offre une très grande souplesse à l'utilisateur, notamment dans les phases de réglage, ainsi que la possibilité de réaliser un plus grand nombre d'essais dans une campagne, le temps de calcul devenant négligeable.

Références

 
Champagnat, Plyer, Le Besnerais, Davoust, Leclaire, Le Sant, Fast and accurate PIV computation using highly parallel iterative  correlation maximization, Experiments in Fluids Vol. 50, N°4, pp. 1169-1182, 2011.


Sartor, Losfeld, & Bur, PIV study on a shock-induced separation in a transonic flow, Experiments in Fluids Vol. 53, No. 3, pp. 815-827, 2012.

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