[发明专利]基于红外摄像的新型表面流场测速系统和测速方法

摘要

一种基于红外摄像的新型表面流场测速系统和测速方法，系统沿水流实验水池的长度方向设置有模型河流，模型河流的实验水流入口位于水流实验水池长度方向的一端，模型河流的实验水流出口位于水流实验水池长度方向的另一端，模型河流内设置有用于进行表面流场示踪的冰颗粒示踪粒子，模型河流的上方设置有图像采集装置，图像采集装置通过数据连接线连接数据采集与处理计算机。方法读取图像进行边界设置；粒子图像分割；粒子识别；图像坐标与物理坐标的转换；粒子匹配跟踪；流速计算；流场插值。本发明的基于红外摄像的新型表面流场测速系统和测速方法，能够大大改善PTV在复杂光线环境、复杂水沙环境中的应用效果，并能够实现环境友好、方便、快捷的表面流场测量。

主权项

一种用于基于红外摄像的新型表面流场测速系统的测速方法，所述基于红外摄像的新型表面流场测速系统，包括有水流实验水池(1)，沿所述水流实验水池(1)的长度方向设置有模型河流(2)，所述模型河流(2)的实验水流入口(3)位于所述水流实验水池(1)长度方向的一端，所述模型河流(2)的实验水流出口(4)位于所述水流实验水池(1)长度方向的另一端，所述模型河流(2)内设置有用于进行表面流场示踪的冰颗粒示踪粒子(6)，所述模型河流(2)的上方设置有图像采集装置(7)，所述的图像采集装置(7)通过数据连接线(8)连接数据采集与处理计算机(9)，所述模型河流(2)上设置有流场测量区域(5)，所述的图像采集装置(7)设置在所述流场测量区域(5)的上方，所述的图像采集装置(7)设置在所述流场测量区域(5)正上方3～7m高处，所述的图像采集装置(7)为红外摄像头或工业用红外热像仪；其特征在于，包括如下步骤：0)设I＝1；1)首先读取N帧图像中的第I帧图像；2)进行边界设置，所述的边界设置，是首先由用户用鼠标在图上绘制多边形，然后以所绘制的多边形作为流场的边界，划分出图像中的流场和外界区域；3)进行粒子图像分割，所述的粒子图像分割是在每一帧图像中，把作为目标的示踪粒子从流场中分离出来；4)进行粒子识别；5)判断I是否小于等于N，是，令I＝I+1，返回步骤1)，否则进入下一步骤；6)图像坐标与物理坐标的转换；7)采用4帧法进行粒子匹配跟踪；8)采用如下公式进行流速计算：V→=limt2→t1r→2-r→1t2-t1]]>其中，V为粒子的速度矢量，r1和r2是相邻两时刻的位置矢量，t2－t1为相邻两时刻的时间差；9)采用距离反比插值方法进行流场插值，插值公式如下：z0′=Σi=1n(d0i-r·zi)Σi=1nd0i-r]]>其中，z0'为所求位置的数值；zi为附近第i点的数值；n为附近点的总数；d0i为第i点距所示点的距离；r为距离衰减因子，取r＝2。