[發(fā)明專利]一種基于粒子特征檢索的PIV圖像預處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910011203.3
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109919853B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王成鵬;楊馨;王英玉;楊錦富;王文碩
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/136
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于粒子特征檢索的PIV圖像預處理方法，其特征在于，包括步驟如下：

1)觀察PIV圖像，分析粒子的特征，定義三項特征量，包括：粒子邊界像素點的灰度值g，粒子邊界像素點的灰度值與背景噪聲所在像素點的灰度值的差值Δ，粒子沿橫向或縱向所占據(jù)的像素個數(shù)d，并對所述三項特征量設(shè)置閾值；

2)掃描圖像的灰度矩陣，運用上述三項特征量的閾值條件對圖像進行閾值分割，將圖像中的所有像素劃分為PIV粒子和背景噪聲兩大類；

3)對判定為背景或噪聲的像素點進行灰度值衰減，而粒子所在的像素保持原始灰度值，得到預處理后的圖像；

所述步驟1)具體包括：分析原始PIV圖像中存在的粒子的特征，包括：粒子邊界像素點的灰度值g，粒子邊界像素點的灰度值與背景噪聲所在像素點的灰度值的差值Δ，粒子沿橫向或縱向所占據(jù)的像素個數(shù)d；所述三項特征量分別設(shè)置閾值為Z₁，Z₂，Z₃，粒子邊界像素點的灰度值g的閾值Z₁為Z₁＝min{g_p}，g_p表示任意粒子p的邊界像素點的灰度值，min{g_p}表示g_p的最小值；差值Δ的閾值Z₂為：Z₂＝min{Δ_p}，其中，Δ_p表示任意粒子p的邊界像素點的灰度值與附近的背景像素灰度值的差值，min{Δ_p}表示Δ_p的最小值；像素個數(shù)d的閾值Z₃為：Z₃＝max{d_p}，其中，d_p表示任意粒子p沿橫向或縱向所占據(jù)的像素個數(shù)，max{d_p}表示d_p的最大值；

所述步驟2)具體包括：取圖像像素的灰度矩陣G＝{g_i，j}_m×n，i和j為矩陣元素下標，m為矩陣行數(shù)，n為矩陣列數(shù)，全體像素的坐標集表示為D＝{(x，y)x＝1，2，…，n，y＝1，2，…，m}；再定義一個識別因子矩陣F＝{f_i，j}_m×n，其與灰度矩陣G維度相同，用于識別對應(yīng)位置的像素的身份，所有元素的初始值置為0；分別對灰度矩陣的每一個行向量和每一個列向量進行分析，行向量的元素自左向右掃描，列向量的元素自下而上掃描；

對當前像素s，其位置為第a行第b列，定義特征量，包括：灰度值特征量g_s，g_s＝g_a，b；灰度差特征量Δ_s，為當前像素灰度值減去前一像素的灰度值：

對g_s和Δ_s做判定，若同時滿足：g_s≥Z₁，Δ_s≥Z₂，則認為像素s為邊界像素，此時向后尋找對應(yīng)于s的另一個邊界像素；否則，跳到下一個像素；

在尋找對應(yīng)于s的另一個邊界像素時，當掃描到某個像素t，其位置為第a行第v列或者第u行第b列，滿足g_t+1＜Z₁或者-Δ_t+1≥Z₂，則認為像素t為對應(yīng)于s的另一個邊界像素；否則，跳到下一個像素；若掃描到了整幅圖像的邊界像素，將其認定為對應(yīng)邊界像素；

當找到一組對應(yīng)的邊界像素s和t之后，對從s到t的一組像素定義粒子尺寸特征量d_st，為從像素s到像素t的總像素個數(shù)：

對d_st作判定，若滿足d_st≤Z₃，對該組像素的對應(yīng)識別因子都自加1；否則，對該組像素的對應(yīng)識別因子都自減1；

完成兩個方向的所有掃描后，做最終的像素身份判定：對應(yīng)的識別因子為正數(shù)的像素為粒子所在像素，否則為背景或噪聲；即粒子所在像素的坐標集P為：

P＝{(x，y)|f_y，x＞0，x＝1，2，…，n，y＝1，2，…，m}。