[發明專利]一種背景抑制的圖像處理方法

有效

• 申請號: 201810987133.0
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109118453B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 邵珺;方波浪;張振榮;葉景峰;李國華;王晟
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/50;G06T7/136
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種背景抑制的圖像處理方法，目的在于降低圖像信號的背景干擾，解決復雜流場下HTV圖像信噪比低的問題。本發明的技術方案是：該方法首先用空間變換模塊，通過自適應差分法對當前采樣時刻所采集的數字圖像進行OH熒光背景干擾去除；其次調用空域變換模塊，通過自適應空間濾波法對當前數字圖像L_D進行背景噪聲去除；最后調用頻域變換模塊，通過小波濾波法對當前數字圖像L_S進行背景噪聲去除；有效地提升了高溫高速流場HTV速度測量時的圖像預處理能力，降低圖像信號的背景干擾，提高了圖像信噪比。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種背景抑制的圖像處理方法。

背景技術

在各種高速流動研究、以及涉及各種類型流動現象的發動機等動力裝置的研究中，流場的速度是一個非常重要的參數，對流場結構研究、數值計算模型驗證、發動機設計評估等具有非常重要意義。在線高精度測量流場速度就成為了相關研究的重點和熱點之一。目前，用于流場速度在線測量的方法包括粒子速度成像(簡稱：PIV)方法和分子標記示蹤速度測量簡稱：MTV)方法等。其中，PIV技術需要在流場中播撒示蹤粒子，對流場、流道有一定的污染，而且所播撒的粒子在高速條件下的跟隨性較差。MTV技術用激光標記的分子作為流場的示蹤粒子，通過觀察這些標記分子在流場中的運動圖像，根據已知時間間隔內標記分子跟隨流場的移動距離計算流場的速度分布。該類技術有效避免了示蹤粒子的跟隨性問題，在流場的速度測量研究中發揮了重要作用。羥基(OH)分子標記示蹤速度測量技術(簡稱：HTV)是MTV技術的一種，它利用激光解離水產生的羥基(OH)作為流場標記，然后利用平面激光誘導熒光(簡稱：PLIF)技術對這些OH標記的位置進行顯示。激光解離產生的OH隨著流場運動，實驗中分別記錄OH原始位置及隨流場運動一定時間后的位置信息，獲得位移量，再除以對應的時間即可獲得流場的速度信息。水廣泛存在于各類燃料燃燒場中，所產生的OH在高溫燃燒環境中具有較長的壽命。因此HTV是一種非常適用于高溫高速流場的速度測量方法。

但HTV應用于流場速度測量時，有諸多因素影響信號的信噪比(信噪比的降低會造成速度測量不確定度的增大)，主要包括：一、在復雜燃料的反應流動中，大分子燃料(航空煤油等)的存在會對解離激光產生較強的吸收，此外，為了保障窗口不被激光損傷，需要降低解離激光的能量閾值，使得解離效率降低，影響標記線提取以及速度計算的精度，降低信噪比；二、流場中的各種顆粒物、壁面等對激光的散射，以及反應流場本身存在的中間產物所形成的散射光會對信號產生較大干擾，造成測量圖像的信噪比降低；三、獲取熒光圖像或對熒光圖像進行傳輸的時候，因為一些外部和內在的因素造成圖像中出現了一些事先不可測的隨機干擾信號。比如實驗環境中相機的抖動、感光器材的質量、熱噪聲、光照的影響、溫度變化和其它的電磁波干擾等，因此實驗測量中不可避免的面臨測量系統背景噪聲影響；四、在燃燒流場中，由于化學反應的存在，燃燒流場中存在一定量的OH，特別是在化學反應劇烈的區域(如燃燒面附近)存在的大量OH，這些OH的濃度大于甚至遠大于激光解離產生的OH濃度，因此在采用PLIF技術顯示解離產生的OH分布時，燃燒場中原有的OH同樣會產生熒光并疊加在所需的信號上，造成解離產生OH位置判斷困難，準確性下降等，進而造成速度測量精度下降甚至失敗。

現有HTV技術圖像處理研究中，主要是針對如何提高標記網格線的位置精度，包括：采用直接相關方法將交叉標記網格位置提取的精度提高到亞像素級別，采用主動輪廓法解決標記線變形斷裂的問題等。但如何通過圖像處理方法降低圖像信號的背景干擾，提高信噪比尚未有非常有效的方法。

發明內容

本發明目的在于降低圖像信號的背景干擾，解決復雜流場下HTV圖像信噪比低的問題，提出一種基于空間、空域變換與頻域變換相結合的背景抑制圖像處理方法。

為了完成上述目的，本發明的具體技術解決方案是：一種背景抑制的圖像處理方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)調用空間變換模塊，通過自適應差分法對當前采樣時刻所采集的數字圖像進行OH熒光背景干擾去除；