슐리렌 이미지

슐리렌 이미징은 투명한 미디어의 밀도 변화를 시각화하는 방법이다.^[1]

"슐라이런 영상"이라는 용어는 일반적으로 슐라이런 사진의 동의어로 사용되지만, 이 기사는 일반적으로 물이나 조직을 모방하는 매체에서 초음파 변환기에 의해 생성된 압력장의 시각화를 다루고 있다.이 방법은 실시간으로 음향 빔의 2차원(2D) 투영 영상을 제공한다("라이브 비디오").이 방법의 고유 특성은 음향 영역의 특정 특징(예: HIFU 변환기의 초점), 음향 빔 프로파일 불규칙성(예: 변환기의 결함으로 인한)의 검출 및 시간 의존적 현상(예: 단계 배열 변환기의 경우)의 온라인 식별을 가능하게 한다.일부 연구자들은^[who?] Schlieren 영상촬영이 음향장치의 X선 방사선 촬영과 맞먹는다고 말한다.^{[citation needed]}

세우다

Schlieren 영상 시스템의 광학 설정은 평행 빔, 초점 요소, 정지(샤프 가장자리) 및 카메라의 주요 부분으로 구성될 수 있다.^{[citation needed]}평행 빔은 시준 광학 소자(렌즈 또는 미러)의 초점에 배치된 점 모양의 광원(핀홀에 집중된 레이저가 사용되기도 한다)에 의해 달성될 수 있다.초점 요소는 렌즈 또는 거울일 수 있다.광학 스톱은 초점 요소의 초점에 수평 또는 수직으로 배치하고 가장자리에 광점 이미지를 차단하도록 주의하여 배치한 면도기에 의해 실현될 수 있다.카메라는 정지장치 뒤에 위치하며 적합한 렌즈를 장착할 수 있다.^{[citation needed]}

물리학

레이 광학 설명

평행 빔은 직선과 평행의 '레이'의 그룹으로 설명된다.^{[citation needed]}광선은 잠재적으로 포함된 음향장과 상호작용하면서 투명한 매체를 통과하여 마침내 초점 요소에 도달한다.^{[citation needed]}초점 요소의 원리는 평행인 광선을 소자의 초점 평면의 단일 점으로 유도(즉, 초점)하는 것이라는 점에 유의한다.따라서 초점 원소의 초점면을 가로지르는 광선의 집단은 음향장과 상호작용한 집단과 그렇지 않은 집단의 두 그룹으로 나눌 수 있다.후자 그룹은 음향장치에 의해 방해받지 않기 때문에 평행을 유지하며 초점면에서 잘 정의된 위치에서 점을 형성한다.광학 스톱은 모든 해당 광선이 시스템 및 카메라로 더 이상 전파되지 않도록 정확히 그 지점에 위치한다.^{[citation needed]}따라서 우리는 상호작용 없이 음향장을 가로지르는 빛의 부분을 제거한다.그러나 다음과 같은 방법으로 음향장과 상호작용하는 광선도 있다: 공간 구배도가 광선과 직교하는 구성요소를 가진 균일하지 않은 밀도의 영역을 광선이 여행하는 경우, 그 광선은 프리즘을 통과하는 것처럼 원래 방향에서 편향된다.이 광선은 더 이상 평행하지 않기 때문에 초점 원소의 초점과 교차하지 않고 칼에 의해 차단되지 않는다.어떤 상황에서는 굴절된 광선이 나이프 블레이드를 벗어나 카메라에 닿아 광선이 경험하는 비균질성과 관련된 위치 및 강도로 카메라 센서에 포인트와 같은 이미지를 생성한다.음향 영역과 상호작용하는 광선에 의해서만 이러한 방식으로 이미지가 형성되며, 음향 영역의 매핑을 제공한다.^{[citation needed]}

물리적 광학 설명

음향-광학 효과는 매체의 광학적 굴절률과 그 밀도와 압력을 결합한다.따라서 압력의 공간적 및 시간적 변화(예: 초음파 방사선에 의한)는 굴절률의 해당 변화를 유도한다.광학 파장 및 중간 수명은 굴절률에 따라 달라진다.매체를 통해 이동하는 전자파에 의해 획득되는 위상은 전파선을 따라 와선수의 라인 통합과 관련이 있다.^{[citation needed]}

Z축에 평행하게 이동하는 평면파 전자기 방사선의 경우 XY 평면은 등상 다지관(상수상 영역, 위상은 좌표(x,y)에 의존하지 않는다)이다.그러나 음향장으로부터 파동이 나타날 때 XY 평면은 더 이상 등상 다지관이 아니다; 각 (x,y) 라인을 따라 축적된 압력에 대한 정보가 떠오르는 방사선의 위상에 상주하여 XY 평면에 위상 영상(phasor)을 형성한다.위상 정보는 Raman-Nath 매개변수에 의해 제공된다.^[3]

${\displaystyle v(x,y)={\frac {2\pi \kappa }{\\\p(x,y,z)}\,dz}$

$\kappa {\displaystyle }$ {\$displaystyle \kappa }$ $$- 피에조틱 계수, $\lambda {\displaystyle }$ ${\displaystyle \lambda }$ 광학$$ 파장 및${\displaystyle }$p (${\displaystyle x}$ ${\displaystyle ,y}$ , ${\displaystyle z}$)$${\$displaystyle$ p$(x,y,z)}$ 3차원$$ 압력장 포함$.$^[4]Schlieren 기법은 위상 정보를 카메라나 스크린에 의해 감지할 수 있는 강도 영상으로 변환한다.

적용

정량적 음향 측정에 대해 허용되는 금본위제는 친수성이다.그러나 음향장을 친수체로 스캔하면 몇 가지 한계로 인해 Schlieren 영상과 같은 보충 평가 방법이 발생한다.Schlieren 영상 기술의 중요성은 HIFU 연구 개발에서 두드러진다.^[5] Schlierren 이미징의 장점은 다음과 같다.

• 자유장: 조사된 음향장은 측정 탐침에 의해 왜곡되지 않는다.
• 고강도 측정: 이 방법은 높은 음향 강도와 호환된다.
• 실시간:Schlieren 영상 시스템은 음향 영역의 온라인 라이브 비디오를 제공한다.

참조

추가 읽기

• Hargather, Michael John; Settles, Gary S. (9 July 2009). "Natural-background-oriented schlieren imaging". Experiments in Fluids. 48 (1): 59–68. doi:10.1007/s00348-009-0709-3. S2CID 53590637.
• Atcheson, Bradley; Heidrich, Wolfgang; Ihrke, Ivo (5 October 2008). "An evaluation of optical flow algorithms for background oriented schlieren imaging". Experiments in Fluids. 46 (3): 467–476. doi:10.1007/s00348-008-0572-7. S2CID 17713504.
• Skeen, Scott A.; Manin, Julien; Pickett, Lyle M. (2015). "Simultaneous formaldehyde PLIF and high-speed schlieren imaging for ignition visualization in high-pressure spray flames". Proceedings of the Combustion Institute. 35 (3): 3167–3174. doi:10.1016/j.proci.2014.06.040.
• Willert, Christian E.; Mitchell, Daniel M.; Soria, Julio (5 April 2012). "An assessment of high-power light-emitting diodes for high frame rate schlieren imaging". Experiments in Fluids. 53 (2): 413–421. Bibcode:2012ExFl...53..413W. doi:10.1007/s00348-012-1297-1. S2CID 120726611.

외부 링크

• YouTube에서 Schleyren 이미징 프레젠테이션
• Schlierren 시스템의 음향장 특성 설명 - 간략한 설명