[发明专利]一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法

权利要求书

1.一种基于双相机拍摄的气固两相颗粒射流4D流场的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括如下步骤：

(1)采用经标定的拍摄角度呈垂直设置的两台高速相机对气固两相颗粒射流进行记录，得到原始数据；

(2)所述原始数据经颗粒识别，得到两台高速相机的识别结果；基于所述识别结果进行颗粒帧间跟踪匹配，得到两个视图的二维图像中的颗粒信息；

(3)将第一视图和第二视图的所述颗粒信息进行三维匹配，筛选出最终匹配的颗粒信息，得到时间分辨的颗粒3D轨迹，完成4D流场的构建。

2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述两台高速相机距离气固两相颗粒射流场中心的距离相等；

优选地，所述标定包括排除高速相机图像畸变和失真。

3.根据权利要求1或2所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述原始数据包括图像数据。

4.根据权利要求1～3任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述颗粒识别的算法包括自适应阈值法和Hough转换；

优选地，所述颗粒识别之前，先根据步骤(1)中标定的结果修正原始数据，再根据修正后数据进行颗粒识别。

5.根据权利要求1～4任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述颗粒帧间跟踪匹配中跟踪方法包括卡尔曼滤波法；

优选地，所述颗粒帧间跟踪匹配中匹配方法包括匈牙利算法；

优选地，所述颗粒帧间跟踪匹配包括：利用卡尔曼滤波法预测运动轨迹，得到预测后颗粒，并将所述预测后颗粒与修正后数据当前帧中识别的颗粒进行匹配，同时利用卡尔曼滤波法更新预测后颗粒的运动轨迹；

优选地，删除连续多帧与修正后数据中识别的颗粒未匹配成功的预测后颗粒。

6.根据权利要求1～5任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述颗粒信息包括颗粒所在视图、颗粒编号、颗粒所在帧编号、颗粒在时间序列上的二维坐标轨迹和颗粒拉格朗日追踪的时间长度。

7.根据权利要求1～6任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤(3)中所述三维匹配包括：筛选出第一视图和第二视图中颗粒信息的误差最小的颗粒，判定为同一颗粒。

8.根据权利要求7所述的构建方法，其特征在于，步骤(3)中所述颗粒信息的误差最小的颗粒判据包括：颗粒的拉格朗日追踪轨迹在时间上的交集长度相近、颗粒的拉格朗日追踪轨迹的时间长度相近、相同时间序列上颗粒的拉格朗日追踪轨迹的x轴坐标误差平均值最小或相同时间序列上颗粒的拉格朗日追踪轨迹的x轴坐标和的平均值误差最小，其中x轴是指第一视图和第二视图相同的坐标轴。

9.根据权利要求7或8所述的构建方法，其特征在于，步骤(3)中所述筛选出第一视图和第二视图中颗粒信息的误差最小的颗粒具体包括如下步骤：

(Ⅰ)计算中颗粒信息在时间上的交集长度，选取所述交集长度大于第一指定值的颗粒编号；

(Ⅱ)计算在相同时间序列上颗粒的拉格朗日追踪轨迹的x轴坐标误差平均值sum(Δx)；

(Ⅲ)选取sum(Δx)小于第二指定值的颗粒编号，并将sum(Δx)最小的颗粒作为有效匹配颗粒；

(Ⅳ)计算有效匹配颗粒中拉格朗日追踪轨迹的时间长度误差ΔLt，筛选出时间长度误差ΔLt小于第三指定值的颗粒编号，并从所述颗粒编号中选取颗粒的拉格朗日追踪轨迹在时间上的交集长度大于第四指定值的颗粒编号；

(Ⅴ)对步骤(Ⅳ)得到的颗粒编号重复步骤(Ⅱ)、步骤(Ⅲ)和步骤(Ⅳ)，筛选得到相应颗粒编号；

(Ⅵ)计算相同时间序列上，步骤(Ⅴ)中所筛选出颗粒的拉格朗日追踪轨迹的x轴坐标和的平均值误差筛选出平均值误差小于第五指定值的颗粒，作为最终匹配的颗粒编号。

10.根据权利要求9所述的构建方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，当所述交集长度小于等于第一指定值时，将第一视图中的下一颗粒与第二视图中的所有颗粒进行下一匹配计算；

优选地，步骤(Ⅳ)中当时间长度误差ΔLt大于等于第三指定值时，将第一视图中的下一颗粒与第二视图中的所有颗粒进行下一匹配计算；

优选地，步骤(Ⅴ)中当时间长度误差ΔLt大于等于第三指定值时，将第一视图中的下一颗粒与第二视图中的所有颗粒进行下一匹配计算。