Allez au contenu, Allez à la navigation

RSS

DMAE - Modèles pour l'aérodynamique et l'énergétique

La technique BOS - Background Oriented Schlieren

La technique BOS (« Background Oriented Schlieren ») est une technique strioscopique permettant de déterminer le champ instantané de masse volumique à partir de l’analyse de la déviation des rayons lumineux induite par des gradients d’indice optique lors de la traversée d’un écoulement.

En pratique, pour reconstruire un écoulement tridimensionnel, il faut mettre en place de part et d'autre de l'écoulement des caméras et des fonds contrastés. Le dispositif et la méthode associée à la BOS sont en réalité assez proches des problématiques de reconstruction des scanners médicaux conventionnels, les caméras sont les capteurs et les fonds les émetteurs. En l'absence d'écoulement, les rayons lumineux issus des fonds se déplacent en ligne droite, ce sont les rayons de référence, ils sont captés et enregistrés par les caméras. Lorsque l'écoulement est présent entre les caméras et les fonds, ces mêmes rayons sont déviés et les images enregistrées par les caméras sont différentes. En comparant, pour chaque caméra, ces deux images on obtient un champ de vecteurs représentant la différence du point d'impact sur le CCD de la caméra du rayon lumineux entre le rayon de référence et celui ayant traversé l'écoulement. Ensuite, à partir de ce champ de déplacement ainsi que de la calibration des caméras on peut déterminer les angles de déviation dans chaque direction spatiale.

Pour reconstruire le champ de masse volumique, nous nous basons sur la loi physique locale reliant les angles de déviation aux variations de masse volumique. Dans notre cas, les angles de déviation obtenus sont des mesures intégrées le long du chemin optique, on se trouve alors face à un problème inverse. L’objectif est alors de trouver, à partir de mesures intégrées, la valeur de la masse volumique en chaque point de l'espace. Ceci est envisageable à condition d'avoir un nombre suffisant de projections.

Même dans cette configuration, la résolution de ce problème n'est pas triviale pour deux raisons. La première est causée par la taille importante du problème 3D qui nécessite une stratégie de reconstruction particulière afin de limiter le temps nécessaire à celle-ci. Nous avons fait le choix d'un algorithme de reconstruction itératif codé sur une architecture GPU (Graphics Processing Units) pour exploiter le caractère parallélisable du problème. Le second problème est lié au fait que les données sont bruitées et il faut donc mettre en place des stratégies de régularisation pour limiter l'impact du bruit sur la reconstruction.

Le schéma suivant résume les différentes étapes, pour des raisons de clarté une seule caméra est représentée mais en pratique, au DMAE une douzaine de caméras sont utilisées.

Technique BOS

Autres Départements Scientifiques