粒子成像測速的立體三維流速計算方法與流程

本發明涉及了一種處理測量流體流速，特別是一種利用圖像處理的方法對粒子成像測速圖像進行處理的立體三維流速計算方法。

背景技術：

在用立體粒子成像測速測量流體流速時，首先是根據拍攝的多個相機的圖像進行測量區域三維立體的重構，然后根據不同時間下重構出來的兩個三維立體進行計算，從而獲得測量區域的三維流速。

技術實現要素：

本申請的發明目的在于提供一種粒子成像測速的立體三維流速計算方法，該方法可以將重構后的三維立體投影在相應面上，然后根據投影在相應面上的圖像進行二維流速計算,合成最終得到穩定性好的流速。

為了完成本申請的發明目的，本申請采用以下技術方案：

本發明的粒子成像測速的立體三維流速計算方法，該方法它包括以下步驟：

1）建立三維立體坐標系，對粒子成像測速的三維立體圖像進行網格劃分，在X軸方向分成m個網格，在Y方向分成n個網格，在Z方向分成q個網格，每個網格的尺寸是相同的；

其中：

2）在t時刻，在Y軸的方向上，以平行于XZ面的網格面為切面（1），用n-1個切面（1）對Y軸上的n個網格切成n層,然后將每一層向XZ面上進行投影，分別得到圖像A₁(t)……A_n(t);

3）在t時刻，在Z軸的方向上，以平行于XY面的網格面為切面（1），用q-1個切面（1）對Z軸上的q個網格切成q層,然后將每一層向XY面上進行投影，分別得到圖像B₁(t)……B_q(t)；

4）在t+1時刻，重復步驟2），分別得到圖像A₁(t+1)……A_n(t+1),與對應于t時刻的圖像A₁(t)……A_n(t)利用二維互相關得到每個圖像中每個網格內的粒子在X軸向的速度和在Z軸向的速度；

5）在t+1時刻，重復步驟3），分別得到圖像B₁(t+1)……B_q(t+1),與對應于t時刻的圖像B₁(t)……B_q(t)利用二維互相關得到每個圖像中每個網格內的粒子在X軸向的速度和在Y軸向的速度；

6）將步驟4）和步驟5）中的對應于每個網格內的粒子的在X軸向的速度相加后除以2,得到每個網格內的粒子在X軸向的平均速度，與在步驟4）和步驟5）中得到的對應于每個網格內的粒子Y軸向的速度和Z軸向的速度進行合成后，得到粒子成像測速的立體三維流速圖。

本發明的粒子成像測速的立體三維流速計算方法，其中：所述m、m和q為大于0的自然數；

本發明的粒子成像測速的立體三維流速計算方法，其中：所述二維互相關是將t時刻與t+1時刻圖像中的同一個網格內的粒子進行相關性的計算，找到t時刻與t+1時刻網格內的粒子圖像坐標，將t+1時刻網格內的粒子圖像坐標減去t時刻網格內的粒子圖像坐標得到網格內的粒子在其兩個坐標方向的位移，把兩個坐標方向的位移除以t時刻與t+1時刻的時間間隔，得到網格內的粒子在其兩個坐標方向的速度。

目前國內尚沒有針對該現象的處理方法，該方案中就是把重構后的三維立體進行投影，然后根據投影在相應面上的圖像計算二維流速。根據二維流速合成立體三維速度。

附圖說明

圖1為把本發明的粒子成像測速的三維立體圖像劃分網格；

圖2在XZ面上投影圖像層圖像層A₁；

圖3 在XY面上投影圖像層圖像層B₁；

圖4 合成后的本發明的粒子成像測速的三維立體三維流速圖；

在圖1至圖4中，標號1為切面。

具體實施方式

本發明的粒子成像測速的立體三維流速計算方法包括以下步驟：

1）如圖1所示，建立三維立體坐標系，對粒子成像測速的三維立體圖像進行網格劃分，在X軸方向分成m個網格如：5個網格，在Y方向分成n個網格如：5個網格，在Z方向分成q個網格如：2個網格，每個網格的尺寸是相同的；

2）如圖2所示，它僅表示圖像層A_1，在t時刻，在Y軸的方向上，以平行于XZ面的網格面為切面1，用n-1個切面1即4個切面1對Y軸上的n個網格（即5個網格）切成n層（5層）,然后將每一層向XZ面上進行投影，分別得到圖像層A₁(t)……A_n(t);

3）如圖3所示，它僅表示圖像層B_1，在t時刻，在Z軸的方向上，以平行于XY面的網格面為切面1，用q-1個切面1即1個切面1對Z軸上的q個網格（即2個網格）切成q層（2層）,然后將每一層向XY面上進行投影，分別得到圖像層B₁(t)……B_q(t)；

4）在t+1時刻，重復步驟2），分別得到圖像A₁(t+1)……A_n(t+1),與對應于t時刻的圖像A₁(t)……A_n(t)利用二維互相關得到每個圖像中每個網格即為m*q*n個網格內的粒子在X軸向的速度和在Z軸向的速度；

5） 在t+1時刻，重復步驟3），分別得到圖像B₁(t+1)……B_q(t+1),與對應于t時刻的圖像B₁(t)……B_q(t)利用二維互相關得到每個圖像中每個網格即為m*n*q個網格內的粒子在X軸向的速度和在Y軸向的速度；

將步驟4）和步驟5）中的對應于每個網格內的粒子的在X軸向的速度相加后除以2,得到每個網格內的粒子在X軸向的平均速度，與在步驟4）和步驟5）中得到的對應于每個網格內的粒子Y軸向的速度和Z軸向的速度進行合成后，得到如圖4所示的粒子成像測速的立體三維流速圖,其中m、m和q為大于0的自然數，二維互相關是將t時刻與t+1時刻圖像中的同一個網格內的粒子進行相關性的計算，找到t時刻與t+1時刻網格內的粒子圖像坐標，將t+1時刻網格內的粒子圖像坐標減去t時刻網格內的粒子圖像坐標得到網格內的粒子在其兩個坐標方向的位移，把兩個坐標方向的位移除以t時刻與t+1時刻的時間間隔，得到網格內的粒子在其兩個坐標方向的速度。

以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發明的精神的情況下，本發明可以作任何形式的修改。