Développement de méthodes d'holographie numérique pour la métrologie tridimensionnelle dans les écoulements

Development of in-line digital holography methods for three-dimensional metrology in the flows

• Auteur / Autrice : Mokrane Malek
• Direction : Denis Lebrun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optronique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vélocimétrie par images de particules

Mesure

Imagerie tridimensionnelle

Holographie

Résumé

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la description d'un système d'holographie dans l'axe avec restitution numérique pour la métrologie tridimensionnelle dans les écoulements. Ce système enregistre directement sur un capteur CCD les figures de diffraction de petites particules illuminées par une diode laser impulsionnelle. Les restitutions numériques sont basées sur la méthode de la transformation en ondelettes (to). Un volume échantillon est restitué en calculant les composantes de la to a différentes échelles. Ces échelles sont reliées aux positions axiales entre les particules et la camera CCD. Pour réaliser notre système de vélocimétrie 3d-3c, nous avons premièrement élaboré une méthode de mesure des diamètres équivalents des images de particules (deq). Ceci nous a permis d'élaborer un processus fiable d'extraction des champs de particules dans un volume. Durant ce processus, les images de particules sont identifiées et localisées par l'utilisation simultanée des variations du maximum du module de la to (mmto) et du deq. Par la suite, un algorithme de correspondance ponctuelle est appliqué sur les deux ensembles de coordonnées de particules. Le résultat de cet algorithme est utilisé pour calculer le champ de vecteurs vitesse. Notre technique de vélocimétrie 3D-3C a été testée sur des hologrammes simulés de particules contenues dans un volume d'étude. Les tests expérimentaux ont montré la possibilité d'appliquer cette méthode aux cas des écoulements réels pour restituer les trois composantes de vitesse.

In this work, we have used a digital in-line holography system with numerical reconstruction for three-dimensional metrology in flow. This system records directly on a charge-coupled device (ccd) camera the diffraction patterns of small particles illuminated by a double-pulse laser diode. The numerical reconstruction is based on the wavelet transformation method. A sample volume is reconstructed by computing the wavelet components for different scale parameters. These parameters are related to the axial distance between a particle and the ccd camera. To achieve our 3d-3c velocity technique, we have firstly developed a technique to estimate the equivalent diameter (deq) of particles. This allows us to elaborate an extraction process for particle field in a simple volume. During this process, the particle images are identified and localized by analyzing the maximum of the wavelet transform modulus (mmto) and deq. Afterwards, a point-matching algorithm is applied to the set pairs containing the particle coordinates. The output of this algorithm is used to compute velocity field. Our 3d-3c velocity technique has been tested with simulated holograms of moving particle fields. The experimental tests showed the reliability of this technique for 3d velocity field extraction.