[發(fā)明專利]一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310548103.7
• 申請(qǐng)日: 2013-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103578106A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊越;王郁菲;鄒玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;孟卜娟

1.一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于具體步驟如下：

（1）利用搭建的多相機(jī)采集系統(tǒng)得到真實(shí)的亂序水面運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù);在采集系統(tǒng)的水缸水下放置黑白棋盤格，利用變化的風(fēng)吹或噴灑生成亂序水面運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，水面滿足無(wú)規(guī)律的隨機(jī)振動(dòng)，利用標(biāo)定過(guò)的多臺(tái)高速相機(jī)拍攝一組水面運(yùn)動(dòng)圖像，得到各相機(jī)圖像特征點(diǎn)的映射關(guān)系，利用基于折射原理的水面重建算法及重采樣插值算法，得到采樣點(diǎn)有序的水面高度場(chǎng)，該高度場(chǎng)即為采集得到的真實(shí)數(shù)據(jù);

（2）用FFT方法求解變化的頻域數(shù)據(jù);具體為使用步驟（1）中的水面高度場(chǎng)，逐幀進(jìn)行二維FFT計(jì)算，得到變化的二維頻域數(shù)據(jù);對(duì)于單幀高度場(chǎng)，通過(guò)二維FFT計(jì)算，得到該幀的二維頻域值;逐幀計(jì)算得到二維頻域數(shù)據(jù)中每組頻域值隨時(shí)間的變化,具體為：若高度場(chǎng)采樣點(diǎn)密度為M*N，對(duì)于單幀二維FFT計(jì)算得到的M*N個(gè)頻域數(shù)據(jù)，逐幀計(jì)算可以得到M*N組頻域值隨時(shí)間的變化規(guī)律;

（3）利用三角函數(shù)對(duì)每組頻域值隨時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行三角函數(shù)擬合;使用步驟（2）中的二維頻域數(shù)據(jù)，利用三角函數(shù)擬合每一組隨時(shí)間變化的頻域值;首先利用單個(gè)三角函數(shù)擬合，設(shè)定誤差閾值，利用L-M(Levenberg-Marquardt）方法求解最小二乘擬合問(wèn)題，得到三角函數(shù)的參數(shù);若超出誤差閾值，用疊加的三角函數(shù)再次進(jìn)行最小二乘擬合求解;再次與誤差閾值進(jìn)行比較，若仍然大于設(shè)定閾值，即函數(shù)擬合不合理，則后續(xù)過(guò)程不編輯頻域數(shù)據(jù)值，保持周期變化；若小于設(shè)定閾值，則函數(shù)擬合合理，后續(xù)過(guò)程利用三角函數(shù)自動(dòng)編輯頻域數(shù)據(jù)值;

（4）利用步驟（3）計(jì)算得到的三角函數(shù)參數(shù)，利用擬合三角函數(shù)自動(dòng)編輯二維頻域值;具體為以采集幀數(shù)作為一個(gè)周期，利用步驟（3）計(jì)算得到的三角函數(shù)參數(shù)，利用擬合三角函數(shù)自動(dòng)編輯步驟（2）中得到的頻域數(shù)據(jù);若三角函數(shù)擬合效果滿足誤差閾值限制，則利用擬合函數(shù)自動(dòng)編輯頻域值，計(jì)算后續(xù)幀的頻域值。否則，不編輯該頻域值，頻域值以采集幀數(shù)為一個(gè)周期作周期性變化;

（5）利用編輯后的頻域數(shù)據(jù)通過(guò)IFFT計(jì)算得到后續(xù)幀水面高度場(chǎng)；具體為使用步驟（4）中編輯得到的頻域值，對(duì)于采集亂序水面后續(xù)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于單幀的編輯后的頻域數(shù)據(jù)，利用二維IFFT方法求解得到該幀的水面高度場(chǎng),通過(guò)逐幀計(jì)算從而得到后續(xù)水面的運(yùn)動(dòng);

（6）對(duì)于編輯得到的后續(xù)水面高度場(chǎng)，以采集幀數(shù)為一個(gè)周期，利用隨機(jī)振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行分析。若該點(diǎn)高度值在不同周期內(nèi)符合相同的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，編輯效果較好;若不符合，則編輯效果較差，不再編輯該點(diǎn)高度值，認(rèn)為高度值以采集幀數(shù)作為一個(gè)周期作周期性變化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于：所述步驟（1）中多相機(jī)采集系統(tǒng)真實(shí)數(shù)據(jù)獲取，其步驟為：利用4臺(tái)相機(jī)搭建多相機(jī)采集系統(tǒng)，在相機(jī)下方放置水缸，水缸底部貼上黑白棋盤格marker板，水缸盛水1～2cm，相機(jī)拍攝圖像保證覆蓋整個(gè)marker板，水面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中marker板變化小于一定的閾值；圖像特征點(diǎn)檢測(cè)基于Harris特征點(diǎn)檢測(cè)算法，水面高度場(chǎng)重建算法基于折射原理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于：所述步驟（2）中二維頻域數(shù)據(jù)的計(jì)算，其步驟為：對(duì)單幀二維高度場(chǎng)，進(jìn)行二維FFT計(jì)算，得到該幀的頻域數(shù)據(jù)；高度場(chǎng)域數(shù)據(jù)與頻域數(shù)據(jù)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于逐幀變化的高度場(chǎng)，得到對(duì)應(yīng)的逐幀變化的頻域值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于：所述步驟（3）中頻域數(shù)據(jù)的三角函數(shù)擬合，其步驟為：首先利用單個(gè)三角函數(shù)擬合，設(shè)定誤差閾值，利用L-M方法求解最小二乘擬合問(wèn)題，得到三角函數(shù)的參數(shù)；若超出誤差閾值，用疊加的三角函數(shù)再次進(jìn)行最小二乘擬合求解；若仍不滿足誤差閾值限制，則后續(xù)過(guò)程不編輯頻域數(shù)據(jù)值，保持周期變化。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于：所述步驟（4）中頻域數(shù)據(jù)的編輯，其步驟為：若三角函數(shù)擬合效果滿足誤差閾值限制，則利用得到求解參數(shù)后的擬合三角函數(shù)自動(dòng)編輯后續(xù)幀的頻域值；否則，不編輯該頻域值，頻域值以采集幀數(shù)為一個(gè)周期作周期性變化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于：所述步驟（5）中后續(xù)水面高度場(chǎng)的計(jì)算，其步驟為：對(duì)于采集后續(xù)幀的高度場(chǎng)，利用編輯得到的單幀二維頻域值，通過(guò)IFFT計(jì)算得到該幀對(duì)應(yīng)的二維高度場(chǎng)；通過(guò)逐幀的IFFT計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)變化的亂序水面高度場(chǎng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于真實(shí)數(shù)據(jù)的亂序水面編輯方法，其特征在于：所述步驟（6）中水面高度場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)分析，其步驟為：以采集幀數(shù)為一個(gè)周期，對(duì)真實(shí)高度場(chǎng)與編輯得到的高度場(chǎng)進(jìn)行分析;對(duì)于二維高度場(chǎng)中的單個(gè)點(diǎn)隨時(shí)間的變化，若該點(diǎn)高度值變化在不同周期內(nèi)符合相同的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，編輯效果較好；對(duì)于二維高度場(chǎng)中全部點(diǎn)的高度值，對(duì)于采集時(shí)間周期與后續(xù)編輯時(shí)間周期，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)全部幀高度值的均方根值，設(shè)置誤差閾，若小于閾值，則編輯較好；若大于誤差閾值，則編輯效果不理想，認(rèn)為該點(diǎn)高度值以采集幀數(shù)為一個(gè)周期作周期性變化；對(duì)于特定區(qū)域的小范圍高度場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)于采集時(shí)間周期與后續(xù)編輯時(shí)間周期，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的PSD頻譜曲線，分析比較兩段時(shí)間的PSD頻譜規(guī)律，若相似則編輯效果較好;若編輯效果較差，不再編輯該點(diǎn)高度值，認(rèn)為高度值以采集幀數(shù)作為一個(gè)周期作周期性變化。