鲤鱼尾鳍实时三维姿态测量及运动特性分析

为了实现鱼鳍三维运动特性的精确测量,研究尾鳍的动态瞬时特性,定量分析其连续变化过程,建立了基于栅线投影和高速摄像的测量系统和与之对应的分析方法.以自主游动的鲤鱼为实验对象,将一组正弦光栅投射在其尾鳍表面,产生包含三维信息的光栅条纹并由高速摄像机实时采集尾鳍摆动过程的序列图像;对其中的每一帧图像作二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换及三维位相展开等处理后,重建尾鳍的瞬时三维形态,再现尾鳍的连续运动过程;据此测量结果分析研究尾鳍的运动特征及运动学参数.结果表明,鲤鱼游速为0.5L/s时,尾鳍的摆动频率为1.42Hz;鲤鱼巡游过程中尾鳍的主要运动为侧向摆动,尾鳍的形状周期性地循环外展和内收,且尾鳍上叶叶尖的平均摆幅比尾鳍下叶叶尖的平均摆幅约大15.6%.