[发明专利]用于粒子图像测速中的多网格处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理，特别是涉及一种用于粒子图像测速中的多网格处理方法。

背景技术

自然界图像的运动形式千差万别，流体运动是一种典型的非刚体运动，流体运动图像计算与分析即粒子图像测速(Particle ImageVelocimitry，简称PIV)是一种新型的非接触式的测量技术。通常PIV是在流体中投入示踪粒子，在激光片光的照射下，在与片光垂直方向用摄像机拍摄随流体运动的粒子图像，再对图像进行处理分析计算，最终得到流场横切面上二维速度场的一种测量方法。作为一种全流场、无接触、无扰动、高精度的流动可视化方法，PIV适用于湍流、非定常流等时变复杂流场的测量。如今，PIV已是一门跨学科的交叉综合技术，其结合了激光技术、视频图像处理技术、计算机技术、流体力学和近代光学技术的最新成果，广泛应用于实验流体力学、生物医学、工业制造等许多领域。PIV将整个运动矢量场作为一个整体连续函数进行估计，其分辨率可以达到图像中的每一个像素，为微观、精确地进行局部图像运动计算和分析提供了可能，同时克服了传统相关方法中的一些固有缺陷。PIV系统在实验流体力学、空气动力学、制造业、医学、工业、飞机制造、水利水电、气象学等领域都有着重要的科学和经济价值。

许多图像分析问题需要解决带有边值问题的椭圆偏微分方程，并最终通过求解线性或非线性方程组实现如：基于变分方法的图像非线性扩散、主动轮廓计算、图像恢复等。虽然光流计算无论在计算精度、可靠性等方面都取得了较大的飞跃，但其数值方法和手段并没有重大突破。

多网格思想提出于上世纪60年代，70年代后被应用于实际科学计算中。如今多网格计算已经广泛应用于物理学、力学、电磁场等科学计算，工程数学和有限元数值计算中广泛使用的多网格方法。网格是偏微分方程数值解法的基础，网格体系的好坏直接影响计算结果的精度。多网格方法的研究经历了从结构化到非结构化，从单一网格到混合网格的过程，并不断出现新的针对不同情况的网格生成技术。

发明内容

本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种多网格处理方法，能有效加快粒子图像测速的图像处理过程。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于粒子图像测速中的多网格处理方法，所述粒子图像测速包括求解线性方程组AU＝F以实现对运动场的最佳逼近的步骤，U为待求解，A为系数矩阵，其至少包含运动矢量场参数，F为向量，在粒子图像测速的图像处理过程中，对于图像分析而言，网格的定义采用原始图像的每一个像素表示一个最细网格，基于这样的离散网格点上的值运算，对图像运动场采用多尺度逐级逼近的策略，每次尺度变化都会进行一次基于当前估计结果的补偿更新，将图像尺度的变化看作是不同尺寸网格的变化，所述方法包括以下步骤：

A、设置图像的第一网格，获得方程组AU＝F对应在第一网格h下的方程组A^hU^h＝F^h；

B、迭代求解方程组A^hU^h＝F^h，根据所得实际解得到方程误差Rh=Fh-AhU‾h,]]>

C、设置图像的尺寸较第一网格更粗的第二网格H，将在第一网格h下对方程组A^he^h＝R^h的求解尺度映射为在第二网格H下对方程组A^He^H＝R^H的求解；

D、迭代求解在第二网格H下的高频计算误差e^H；

E、对第二网格H下的高频计算误差e^H进行尺度映射，得到在第一网格h下的低频计算误差e^h；

F、用第一网格h下的低频计算误差e^h更新实际解：

优选地，还包括：