[发明专利]基于多维阈值约束的双视角多气泡同名匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体气泡测量、图像处理，尤其是涉及基于多维阈值约束的双视角多气泡同名匹配方法。

背景技术

在石油、化工、冶金、制药、核能等领域，气液两相流中气泡的形态及其分散相与连续相之间的相互作用，在很大程度上影响着工程应用的效果。为了进一步研究气液两相流的内在机理，更准确的描述气泡间的相互作用关系，需要对气液两相流中气泡的关键特征参数进行三维测量，如三维轨迹、速度场等。而三维测量和重建的先决条件，是建立高速摄像机所采集的双视角图像中图元(此处为气泡)的对应关系，即实现多气泡同名匹配。

典型的同名匹配方法一般分为基于灰度的匹配和基于特征的匹配。基于灰度的匹配算法，通过二维滑动模板来实现图像的匹配，虽然定位精度高，但是运算量很大，在多相流测量实时性方面难以满足需求。基于特征的匹配算法，从两幅对应的图像中将对象的特征(点特征、线特征和区域特征等)提取出来，再进行特征图元的匹配，可以大大减少运算量，并降低噪声的影响。针对高速摄像机采集的双视角气泡图像，可以利用多气泡的质心作为匹配特征点来进行匹配，但目前已有的匹配算法及固有约束(如极线约束)，对于气泡这种特殊的测量对象并不完全适应。因为气泡具有一定体积，同时又近似为一个透明体，在背景光源照明下，高速摄像机采集得到的气泡图片，不仅仅是前景的信息，而往往体现为前景与背景的综合信息。因此，如何实现气液两相流中双视角多气泡图像的同名匹配，成为气泡特征参数三维重建中亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明旨在解决克服现有技术的不足，提供基于多维阈值约束的双视角多气泡图像同名匹配方法，以满足气液两相流特征参数三维测量系统中，左、右画幅双视角多气泡的准确同名匹配。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于多维阈值约束的双视角多气泡同名匹配方法，包括下列步骤：

(1)、利用数字图像处理技术获取待匹配图像中多气泡的质心坐标和投影高度，利用双视角图像中匹配基元即气泡质心的纵坐标相容性约束，判断气泡对的纵坐标差值，当大于一定阈值时，则认为这两个候选匹配基元不对应，否则，将满足条件的匹配基元作为候选基元，并对其进行下一步判断；

(2)、将气泡的投影高度选为匹配基元，利用双视角图像中气泡的投影相容性约束，对候选基元进行进一步判断，当原气泡的匹配基元即投影高度与候选气泡的匹配基元即投影高度之间的差值小于一定阈值时，则选为候选基元，否则，则去除此候选基元；

(3)、经过以上两步，得到原气泡的待匹配点集合，根据相机标定时建立的基础矩阵，求取气泡的外极线方程，利用双视角图像中气泡的最小距离外极线约束，将距离外极线几何距离最近的匹配基元作为候选基元，以进一步缩小匹配基元的范围；

(4)、将筛选得到的匹配点进行反向外极线求取，根据反向外极线约束，将筛选得到的待匹配基元作为原匹配基元，将原匹配基元作为待匹配基元，再基于多维阈值约束进行计算，最终实现气液两相流中双视角多气泡准确的同名匹配。

采用基于单台高速摄像机和折光分光光路组成的三维测量平台或者采用两台高速摄像机组成的三维测量平台获取所述数字图像。

本发明的技术特点及效果：

本发明方法基于多维阈值约束，综合纵坐标相容性约束、投影相容性约束、距离最小及反向外极约束，实现了双视角多气泡图像中同名气泡的准确匹配，为气液两相流中气泡特征参数三维重建奠定了坚实的技术基础。

附图说明

图1为基于两台高速摄像机的双视角多气泡图像采集和测量系统。

图2为基于单台高速摄像机的双视角多气泡图像采集和测量系统。

图3为双视角多气泡的外极线匹配图像，以图2采集系统采集图像为例。

图4为双视角气泡纵坐标相容性约束示意图。

图5为双视角气泡投影相容性约束示意图。

图6为双视角多气泡同名匹配流程图。

具体实施方式

本方法适用于基于单台高速摄像机和折光分光光路组成的气液两相流特征参数三维测量平台中双视角多气泡的同名匹配，同样也适用于两台高速摄像机组成的三维测量平台中双视角多气泡的同名匹配。