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光学技术2025年第05期:基于平面激光散射的人体边界层及口呼吸可视化研究

来源:期刊VIP网 时间:


作者:蒋玉蓉;苏宝城;陈和;陈思颖;郭磐;胡芮;田堃泰;李鑫;吴慧云;黄书海;孙振海;

单位:北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室;军事科学院军事医学研究院;

摘要:人体边界层及口呼吸的动态可视化在呼吸道疾病传播研究和个体防护策略优化等领域具有重要意义。为此,提出一种基于平面激光散射(PLS)的可视化方法,用于研究人体口呼吸与边界层热羽流的相互作用。方法通过扇形片状激光照射人体模型,利用气溶胶示踪粒子显示气流,并使用高灵敏度sCMOS相机捕获粒子散射信号。采用背景扣除、激光强度校正等图像处理算法和三维重建方法,实现了人体边界层热羽流及口呼吸气流的二、三维动态可视化。实验结果表明,方法能够清晰地呈现人体表面边界层热羽流的上升过程,揭示口呼吸气流对热羽流的干扰作用,并重建口呼吸气流的三维空间分布及其与边界层的相互作用。方法为研究人体呼吸过程与环境气流的相互影响,以及深入理解呼吸道疾病传播机制提供了一种新的技术手段。

关键词:激光技术;;平面激光散射;;人体边界层;;气溶胶示踪粒子;;口呼吸;;图像处理;;三维建模