Color contamination correction based on light intensity correlation in two-color, double-exposure particle tracking velocimetry

K. Aruga, T. Watanabe, K. Nagata
Color contamination correction based on light intensity correlation in two-color, double-exposure particle tracking velocimetry
Experiments in Fluids, 61 142 2020

This article may be found at https://doi.org/10.1007/s00348-020-02964-0.

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Abstract

An algorithm for correcting color contamination is proposed for two-color, double-exposure particle tracking velocimetry (PTV). A two-color PTV system used in this study consists of blue and green laser diodes and a consumer digital camera, where a laser pulser with an avalanche transistor is developed for achieving optical pulses of 50 ns for application in airflows. In the PTV, the camera captures images of tracer particles illuminated by a sequence of green and blue light pulses with a certain time interval. Because of spectral characteristics of a Bayer filter, camera sensors in a blue channel respond to green light scattered by the particles. This color contamination results in pseudo-particles in the blue channel. Pixels occupied by the pseudo-particles have very high correlation of light intensity between green and blue channels. In the proposed method, the pseudo-particles caused by the color contamination are detected and removed based on the high correlation. The present color contamination correction hardly affects real particles illuminated by the blue laser diodes. Measurements of an airflow induced by DC fans confirm that the proposed system with the color contamination correction works well for PTV.

日本語訳 (DeepL翻訳)

二色二重露光粒子追跡速度計測における輝度相関に基づく色彩汚染補正法

二色二重露光粒子追跡速度計測法（PTV）のための色汚染補正アルゴリズムが提案されている。本研究で用いた二色PTVシステムは、青と緑のレーザーダイオードと民生用デジタルカメラで構成され、気流中での利用を考慮して、50nsの光パルスを達成するためにアバランシェトランジスタを用いたレーザーパルサーが開発された。PTVでは、緑色と青色の光パルスを一定時間間隔で照射したトレーサー粒子の画像をカメラで撮影する。ベイヤーフィルターの分光特性により、青色チャンネルのカメラセンサーは粒子によって散乱された緑色光に反応する。この色汚染により、青色チャンネルに擬似粒子が発生する。この擬似粒子が存在する画素は、緑チャンネルと青チャンネルの光強度の相関が非常に高く、擬似粒子が存在する画素は、緑チャンネルと青チャンネルの光強度の相関が高い。提案手法では、この高い相関を利用して、色混入による疑似粒子を検出し、除去する。この色ずれ補正により、青色レーザーダイオードに照射された実際の粒子にはほとんど影響がない。また、DCファンによる気流計測の結果、本方式がPTVに有効であることが確認された。

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