[發(fā)明專利]一種入水空泡輪廓提取的圖像處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010252810.1
• 申請日: 2020-04-02
• 公開（公告）號: CN111445494A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施瑤;潘光;華揚;宋保維;黃橋高;姜軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/187;G06T7/194;G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種入水空泡輪廓提取的圖像處理方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：在MATLAB中導(dǎo)入實驗拍攝的運動體入水圖像和背景圖像，其中背景圖像指的是運動體尚未進(jìn)入高速攝像機(jī)視野時刻下的拍攝圖像，而入水圖像則是指運動體已經(jīng)穿過液面時刻下的實驗圖像；導(dǎo)入圖像完畢后將圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，并建立二維笛卡爾坐標(biāo)系，其中坐標(biāo)系的原點為運動體的入水點，y軸正向為豎直向下方向，x軸正向為運動體速度矢量的水平分量指向；

步驟2：根據(jù)運動體所處于圖像中的位置對圖像進(jìn)行區(qū)域劃分，劃分的具體原則如下：

其中，D_m為運動體的直徑大小，L_m為運動體的長度，x_s為劃分圖像的寬度，y_s為劃分圖像的高度；

對劃分完成后的圖像進(jìn)行背景剔除處理，將背景圖像B(x,y)減去實驗圖像E(x,y)得到目標(biāo)提取圖像S(x,y)：

S(x,y)＝B(x,y)-E(x,y)

步驟3：將已剔除背景的圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，創(chuàng)建一個指定半徑的平面圓盤形的結(jié)構(gòu)元素，利用該結(jié)構(gòu)元素對圖像進(jìn)行膨脹處理，后仍利用該結(jié)構(gòu)元素對膨脹后的圖像進(jìn)行腐蝕處理；

步驟4：利用bwareaopen函數(shù)刪除圖像中含有的像素數(shù)量小于設(shè)定值的空腔，之后利用imfill函數(shù)填充入水空泡內(nèi)部含有的空腔，最后利用medfilt2中值濾波函數(shù)對二值圖像進(jìn)行小半徑平滑處理；所述的medfilt2中值濾波函數(shù)可通過下式表示：

其中，p_i,j為在像素坐標(biāo)(i,j)下該像素元素的值，m,n為相應(yīng)像素周圍m×n鄰域，medfilt2中值濾波函數(shù)功能即為取相應(yīng)像素周圍m×n鄰域的中值；

步驟5：基于sobel算子對步驟4處理完成的圖像進(jìn)行邊緣提取，利用bwmorph函數(shù)對提取完成的邊緣圖像應(yīng)用形態(tài)學(xué)“thin”操作，使邊緣減薄成線；

將空泡邊緣散點的像素坐標(biāo)P(x,y)轉(zhuǎn)換到實驗坐標(biāo)系下的真實坐標(biāo)P₁(x,y)：

P₁(x,y)＝δ(P(x,y)-(x₀,y₀)E)

其中，E為和P(x,y)同維度的矩陣，其所有元素均為1；δ為在實驗坐標(biāo)系下圖像中每個像素點之間的距離，(x₀,y₀)為圖像中坐標(biāo)原點所對應(yīng)的像素位置；

對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成后的邊緣散點P₁(x,y)進(jìn)行折射校正，校正公式如下：

其中，p_measure是邊緣散點坐標(biāo)的測量值，由P₁(x,y)給出，p_real是邊緣散點坐標(biāo)真實值，d₁是運動體距水箱前壁面的距離，d₂是高速攝像機(jī)鏡頭距水箱前壁面的距離，n為折射率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種入水空泡輪廓提取的圖像處理方法，其特征在于步驟3中所述的指定半徑為10像素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種入水空泡輪廓提取的圖像處理方法，其特征在于步驟4中設(shè)定值為40。