[發明專利]實體模型表面流場實時量測系統及其后處理方法

有效

• 申請號: 200910076713.5
• 申請日: 2009-01-15
• 公開（公告）號: CN101464471A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 胡德超;鐘德鈺;張紅武;卜海磊;張昊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 童曉琳

1.一種實體模型表面流場后處理方法，包括在水流表面均勻撒布能緊密跟隨水流運動的示蹤顆粒；在視頻同步器的協助下，用CCD攝像機輪流按照預先設定的幀頻和數量采集平面流場信息；將這些信息通過視頻線傳輸至計算機內的圖像采集卡，經其處理后以768×576的象素規格保存在計算機硬盤上；圖像采集完畢，系統依次對每個CCD攝像機采集的圖像序列進行匹配計算，得到初步流場；運用流場后處理算法對初步流場進行錯誤流速矢的剔除及流場空洞的插補；將各CCD攝像機所代表的流場進行平移、旋轉和拼接操作形成整體流場，最后將結果數據存于硬盤上并顯示在電腦屏幕上對用戶進行反饋；其特征是，

所述初步流場使用小波變換多尺度匹配法來獲取，包括如下步驟：

步驟41：對圖像進行n層小波變換，每次變換時原圖被分解為4幅較小圖像，象素數量為原圖的1/4；對于第j層變換：m＝0為圖像的低頻分量，包含圖像的主要信息；m＝1和m＝2分別為圖像邊緣水平和垂直分量；m＝3為圖像對角分量，其中1≤j≤n；其中1≤n≤3；

步驟42：在圖像上布設規則排列的診斷窗口，并使它們的中心在平面上成矩陣式排列，每個診斷窗口中心對應著一個潛在的流速矢；

步驟43：利用圖像的低頻分量進行診斷窗口的匹配計算，并采用直接相關法進行匹配搜索；在第j層上對各診斷窗口進行匹配計算后，依次在第j-1、j-2、...層中在上一層匹配計算所確定的候選目標附近進行更精細的匹配直至原圖，最終得到各診斷窗口的精確匹配定位，進而得到初步流場；

所述運用流場后處理算法對初步流場進行錯誤流速矢的剔除及流場空洞的插補，包括下列步驟：

步驟51：步驟42中的診斷窗口中心成矩陣式規則排列，建立與該矩陣排列對應的二維流場屬性總表VProT(i，j)，i，j分別表示矩陣式排列中行和列的編號，將總表各個元素初始狀態設為未檢測狀態；

步驟52：利用公式計算各診斷窗口中心的流速矢特征值val(i，j)并檢驗其合理性；若va(i，j)的特征值小于0.5，則該診斷窗口中心流速矢是合理的，將其視作一個種子；否則，該診斷窗口中心流速矢是不合理的，將其予以排除；其中，V_x，0、V_y，0表示該未檢測點在x，y方向上流速分量；aveV_x、aveV_y分別為其周圍的各相鄰點在x，y方向上流速分量的均值，即k表示其周圍相鄰點的序號，n為其周圍相鄰點的個數，n≤8；

步驟53：建立與矩陣排列對應的二維屬性臨時表VPro(i，j)；

步驟54：初始化臨時表VPro(i，j)，選取尚未進行檢測且特征值val(i，j)最小的種子點，將該種子點及其周圍各點均設為有效點，并加入臨時表中；

步驟55：以有效點為中心形成初始相干結構，進行交替循環擴張并不斷并入新點，判斷新點是否屬于本相干結構；如果屬于，說明新點是有效點，將其添加到臨時屬性表中，然后接著檢測下一個新點；否則，說明新點不是有效點，將其剔除并在該處形成流場空洞；

步驟56：在完成一個種子點的交替循環擴張之后，統計屬于該相干結構的所有有效點的數目；若數目小于設定值N，則舍棄該種子；否則，將該種子的所有有效點信息寫入總表，在總表中所有已確認的有效點不能再成為種子點；其中，設定值N為達到水流相干結構有效標準所包含的最小有效流速矢的數量；

步驟57：重復執行步驟54至步驟56，直到達到設定的種子數或已無種子可用；

步驟58：在完成錯誤流速矢的剔除后，再對流場空洞進行插補。

2.根據權利要求1所述的一種實體模型表面流場后處理方法，其特征是所述小波變換，使用具有線性相位的雙正交小波基以保證分解后圖像信息的相對位置不變。

3.根據權利要求1所述的一種實體模型表面流場后處理方法，其特征是所述小波變換和各層匹配計算，采用OpenMP多線程技術加快計算速度。

4.根據權利要求1所述的一種實體模型表面流場后處理方法，其特征是所述判斷新點是否屬于本相干結構的方法是，先利用新點周圍有效點進行插值求出流速矢預測值，比較該值與新點流速矢之間的差別，若相對誤差小于設定值，則新點屬于本相干結構。

5.根據權利要求1所述的一種實體模型表面流場后處理方法，其特征是所述對流場空洞進行插補，利用空洞周圍的24點中的有效點進行插值；另外為了保證插值精度，規定插值執行標準為設定值M，即當空洞周圍有效節點個數大于等于M時才進行插補。