[發明專利]一種基于模糊圖像處理的動態顆粒測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201210208460.4
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102692364A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 周騖;蔡小舒
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02;G01B11/00;G01P3/68
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

1.一種基于模糊圖像處理的動態顆粒測量裝置，其特征在于，裝置由光源（1）、鏡頭（2）、分光棱鏡（3）、第一圖像傳感器（4）、第二圖像傳感器（5）和計算機（6）組成，所述的光源（1）直接或通過視窗照明待測顆粒，所述分光棱鏡（3）置于鏡頭（2）后，所述分光棱鏡（3）的入射面A與鏡頭（2）相對，所述分光棱鏡（3）的第一出射面B和第二出射面C的一側分別不等光程距離設置第一圖像傳感器（4）和第二圖像傳感器（5）。

2.根據權利要求1所述的一種基于模糊圖像處理的動態顆粒測量裝置，其特征在于，所述的鏡頭（2）為遠心鏡頭或非遠心鏡頭，所述第一圖像傳感器（4）、第二圖像傳感器（5）選用CCD或CMOS器件。

3.根據權利要求1所述的一種基于模糊圖像處理的動態顆粒測量裝置，其特征在于，所述的分光棱鏡（3）可由分光鏡（8）代替。

4.一種采用權利要求1、2、3所述的基于模糊圖像處理的動態顆粒測量裝置的顆粒測量方法，其特征在于，測量方法步驟為：

1)?測量前首先對測量裝置采用透明標定物進行標定，獲得系統的實驗工況下像元代表的實際尺寸；

2)?采用光源照明待測流場，調節光源的位置和強度大小使背景光均勻；

3)?分光棱鏡置于鏡頭后，將所接收到的光源分為兩路，并分別采用CCD或CMOS的第一圖像傳感器和第二圖像傳感器成像，由于兩個圖像傳感器與分光棱鏡的距離不同，拍攝到的顆粒圖像的模糊程度不同；

4)?調節相機曝光時間，減少圖像傳感器成像中顆粒軌跡重合和粘連的情況，并對待測顆粒進行拍攝，將獲取的圖像輸入計算機；

5)?在計算機（6）上，對所獲取的圖像進行去噪處理后，通過影像邊緣梯度變化判斷圖像的模糊尺度δ，而模糊尺度δ與離焦量ΔW存在對應關系：

???(1)

式中，R’為離焦顆粒的模糊影像半徑，ΔW為實際物面偏離對焦平面的距離，由相機參數獲得的W為準確對焦時的物距，δ為離焦顆粒的模糊影像半徑R’與

模糊圖像徑向2個邊緣梯度最大幅值計算得到的顆粒半徑之差；

模糊圖像梯度幅值可從下式計算得到：

????（2）

式中f(x,y)是顆粒圖像像素的坐標函數；

由于第一圖像傳感器（4）與分光棱鏡（3）第一出射面B的光程距離和第二圖像傳感器（5）與分光棱鏡（3）第二出射面C的光程距離不同，則拍攝到的顆粒圖像模糊尺度不同，通過上述光程距離大小與顆粒圖像模糊尺度大小的比較可判斷顆粒是位于對焦平面前還是對焦平面后，由此可唯一確定顆粒的三維位置；在曝光時間內，當顆粒沿鏡頭光軸方向有位移時，可由上述方法通過成像模糊尺度判斷沿運動方向的離焦量變化，結合成像平面上顆粒運動模糊軌跡圖像，獲得顆粒三維運動方向和實際運動軌跡長度L，已知相機曝光時間t，通過下式可獲得示蹤粒子的三維運動速度V：

????????（3）

由此即通過模糊圖像的處理獲得了三維流場信息。