Particle image velocimetry (PIV) is essential in experimental fluid dynamics. In the current work, we propose a new velocity field estimation paradigm, which achieves a synergetic combination of the deep learning method and the traditional cross-correlation method. Specifically, the deep learning method is used to optimize and correct a coarse velocity guess to achieve a super-resolution calculation. And the cross-correlation method provides the initial velocity field based on a coarse correlation with a large interrogation window. As a reference, the coarse velocity guess helps with improving the robustness of the proposed algorithm. This fully convolutional network with embedded cross-correlation is named as CC-FCN. CC-FCN has two types of input layers, one is for the particle images, and the other is for the initial velocity field calculated using cross-correlation with a coarse resolution. Firstly, two pyramidal modules extract features of particle images and initial velocity field respectively. Then the fusion module appropriately fuses these features. Finally, CC-FCN achieves the super-resolution calculation through a series of deconvolution layers to obtain the single-pixel velocity field. As the supervised learning strategy is considered, synthetic data sets including ground-truth fluid motions are generated to train the network parameters. Synthetic and real experimental PIV data sets are used to test the trained neural network in terms of accuracy, precision, spatial resolution and robustness. The test results show that these attributes of CC-FCN are further improved compared with those of other tested PIV algorithms. The proposed model could therefore provide competitive and robust estimations for PIV experiments.
翻译:粒子图像速度测量( PIV) 在实验流流动态中至关重要 。 在目前的工作中, 我们提出一个新的速度字段估计模式, 实现深层学习方法与传统的交叉交错法的协同组合。 具体地说, 深层学习方法用于优化和纠正粗速猜数, 以便实现超分辨率计算 。 交叉关系方法提供初始速度字段, 其基础是一个与大型探索窗口的粗略相关性 。 作为参考, 粗略速度猜测有助于提高拟议算法的稳健性 。 这个带有嵌入的跨正方正方程的精度的完全动态网络 。 CC- FCN 有两种输入层, 一种是粒子图像, 另一种是初始速度场, 使用超方形速度猜算法进行计算 。 首先, 两个金字塔模块 提取粒子图像和初始速度字段。 因此, 混凝度猜测了其他功能。 最后, CC- FCN 以嵌入的精度跨方的精确度矩阵模型计算方法, 通过一个测试性变压式网络的精度计算结果, 将这些解的精准的精度计算结果, 用于模拟的模型, 将测试模型的精度网络的精度测试的精度 。 这些模型的精度测试的精度 的精度 的精度测试结果, 的精度 的精度网络的精度网络的精度, 的精度, 的精度, 的精度 用于的精度 的精度测试的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度网络的精度网络的精度 的精度 的精度 的精度 的精度网络的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的精度 的