Image processing algorithms for a light-field camera and their application for optical flow diagnostics

Применение современных оптико-электронных приборов расширяет возможности исследований в области экспериментальной механики жидкостей. Методы вычислительной фотографии за счет использования основанных на ней устройств постепенно проникают в различные области науки и техники. Камера светового поля может использоваться для регистрации трехмерных распределений скорости в потоках жидкости и газа там, где расположение нескольких панорамных оптических сенсоров затруднено за счет ограничения оптического доступа и вибраций. В работе исследованы возможности пленоптической системы, состоящей из доступной на рынкепромышленной камеры светового поля применительно для диагностики течений жидкости и газа. Предложен и протестирован новый программный алгоритм для вычисления карты глубины регистрируемой измерительной области. Согласно полученным результатам, пространственное разрешение метода по глубине при использовании 11 мегапиксельного сенсора достигает 1/40 от глубины резкости оптической системы. Указанный метод был использован для измерения 3D-полей скорости турбулентной струи внутри щелевого канала по всей его глубине. В будущем количество задач, в которых целесообразно использование пленоптических устройств с высоким пространственным разрешением, будет расти. Application of modern optoelectronic devices extends research in the field of experimental fluid mechanics. The methods of computational photography gradually penetrate into the various fields of science and technology due to using devices based on these methods. A light-field camera can be used to register a three-dimensional velocity distribution in fluid flows where the location of several panoramic optical sensors is difficult because of restrictions in an optical access and vibrations. in this paper we study the possibility of using a plenoptic system consisting of an industrial light-field camera to diagnose liquid and gas flows. A new software algorithm for computing a depth field of a measurement area is proposed. According to the obtained results, the spatial resolution of the method by depth reaches 1/40th of the depth of the field of the optical system when using 11 MP sensor. This method was used to measure 3D velocity fields of a turbulent jet inside a slot channel throughout its depth. In the future, the number of applications will grow for the cases where the use of plenoptic devices with high spatial resolution is appropriate.