[发明专利]基于时空图像的流体运动矢量估计方法

摘要

本发明公开了一种基于时空图像的流体运动矢量估计方法，属于流场测量技术领域。所述方法首先采用单台相机以固定时间间隔采集流体图像序列；然后采用像差修正的直接线性变换法对图像进行光学畸变校正，并沿测流方向设置一组测速线，每条测速线均以像素为横坐标、以时间为纵坐标合成一幅时空图像；接下来对边缘检测后的时空图像进行频谱分析，并采用离散逼近法求解频谱主方向得到与其垂直的纹理主方向；最后根据物方坐标和像方坐标间的映射关系求解测速线的物理尺度，并结合纹理主方向和时间间隔计算一维流速矢量的大小，实现时均流场定标。本发明能够用于河流水面等天然示踪水流的时均流场测量，特别适用于高洪期河流流量的在线监测。

主权项

一种基于时空图像的流体运动矢量估计方法，分为图像序列采集、时空图像合成、边缘频谱分析及时均流场定标四个步骤，其特征在于：方法首先采用单台相机以固定时间间隔采集流体图像序列；然后采用像差修正的直接线性变换法对图像进行光学畸变校正，并沿测流方向设置一组测速线，每条测速线均以像素为横坐标、以时间为纵坐标合成一幅时空图像；接下来对边缘检测后的时空图像进行频谱分析，并采用离散逼近法求解频谱主方向得到与其垂直的纹理主方向；最后根据物方坐标和像方坐标间的映射关系求解测速线的物理尺度，并结合纹理主方向和时间间隔计算一维流速矢量的大小，实现时均流场定标；所述的流体图像序列为顺序采集的M幅8位灰度图像，M在数值上等于单次时均流场测量的时长T和每帧图像采集的时间间隔Δt之比取整；所述的一组测速线由L条测速线lij组成，下标i＝1，2，…，M表示图像在序列中的编号，下标j＝1，2，…，L表示测速线的编号，测速线的宽度为1个像素，测速线的长度为N个像素，N不小于水流示踪物在连续图像间运动位移的2倍；所述的时空图像的大小由灰度图像的数量M和测速线的长度N决定，为M×N像素，数量和测速线的数量相等，共有L幅；所述的频谱主方向定义为经过频谱图像中心的直线中线积分峰值对应的直线角度。