[發明專利]一種入水空泡輪廓提取的圖像處理方法

在審

• 申請號: 202010252810.1
• 申請日: 2020-04-02
• 公開（公告）號: CN111445494A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 施瑤;潘光;華揚;宋保維;黃橋高;姜軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/187;G06T7/194;G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種入水空泡輪廓提取的圖像處理方法，利用MATLAB導入運動體入水前的背景圖像與待處理識別的入水空泡圖像，并轉化為灰度圖；劃分識別區域，進行背景剔除處理；將圖像轉換為二值圖像，利用圓盤形的結構元素對圖像進行膨脹腐蝕處理，防止待提取的輪廓出現不連續的現象；去除圖像中的較小的干擾空腔，填充入水空泡內部存在的空腔，并進行圖像平滑處理；對處理完成的圖像區域進行邊緣輪廓提取，對提取完成的邊緣輪廓進行薄層處理，使得空泡邊緣僅有一層散點，將得到的散點進行折射校正和像素坐標變換從而得到實驗坐標系下的空泡輪廓散點，最后將散點坐標寫入文件。該方法識別效率高，輪廓提取結果精確，處理速度較快，并且可以進行批量處理。

技術領域

本發明屬于圖像識別領域，具體涉及到利用圖像處理技術對運動體入水后產生的入水空泡輪廓進行提取和處理從而獲得空泡輪廓曲線的一種方法。

背景技術

運動體入水問題的研究涉及到許多學科，它是一個非常廣泛的現象。例如空投魚雷的入水，船舶的砰擊，跨介質飛行器的入水，航天返回艙的海上降落，水上生物的行走等等，因此對于入水問題的研究在軍事領域、工程領域和仿生領域等有著重要意義。

近百年來，許多研究者對運動體入水這一研究領域進行了大量的研究，其中大部分研究內容都集中在入水空泡的演變和發展。入水空泡是運動體在入水過程中一個非常明顯的現象，運動體在入水時，此時流場可認為是不可壓縮的，運動體的動能傳遞給周圍的流體使得入水點四周的液面隆起并形成飛濺，液面下方靠近入水點的流體因而獲得徑向擴張的速度和運動體發生流動分離，從而形成最初的入水空泡。隨著運動體繼續進入水中，液面上方的空氣在壓差作用下會不斷流入空泡內部，同時周圍流體仍朝徑向向外運動，因而此時空泡不斷地拉長并擴張，擴張到一定程度后在不同的條件下會發生表面閉合與深閉合等空泡閉合現象，此時運動體攜帶的空泡與外界空氣隔絕不再繼續擴張，運動到一定深度后再液體壓力的作用下空泡發生潰滅與脫落，使運動體不再攜帶任何空泡而處于完全沾濕狀態。入水空泡的存在對運動體入水過程中的姿態穩定性，運動體結構本身和流動特性有著重要影響，因此對運動體入水空泡的演變特性的研究有著重要意義。

入水空泡的演變特性可以通過研究空泡形態的演變過程獲得，通過提取不同入水時刻下的入水空泡輪廓進行疊加對比，往往更能直觀的表現出空泡的發展特性。運動體入水后往往存在五種情況：(a)運動體因極低速度入水或表面親水而幾乎不存在入水空泡；(b)運動體入水后只有遠離液面的一端帶有部分空泡；(c)運動體入水后完全被空泡包裹；(d)運動體入水一段時間后，其尾端拍擊空泡壁面導致空泡的完整性被破壞；(e)入水空泡發展一段時間后發生空泡深閉合，此時空泡分為近液面空泡和運動體攜帶的空泡兩個部分。

由于在水下同時存在有不透光的運動體、入水空泡壁面，因此在水下進行空泡輪廓提取往往會受到許多干擾因素的影響，這給精確提取空泡輪廓帶來了一定程度上的困難?？张葺喞崛〈嬖诘母蓴_因素主要有以下幾點：

(1)在空泡輪廓的提取過程中，往往包裹在其中的運動體的邊緣輪廓也會被提取出來，因此如何有效去除運動體輪廓顯得極為重要；

(2)當入水圖像的環境光分布不均時，空泡輪廓的一部分邊緣會變得透明，導致不能有效識別；

(3)由于近液面處回射流的存在導致近液面的空泡壁表面會產生一定的剝蝕現象從而使空泡壁變得粗糙，導致空泡邊緣各處的折射率不同，因此邊緣提取時可能會產生不連續的情況；

(4)水下存在折射的影響，因此需要將得到的空泡邊緣點進行折射校正獲得在實驗框架下的正確坐標位置。

入水空泡邊緣提取對運動體入水空泡的演變特性的研究有著重要意義，國內魏英杰，王聰等人對水下空泡識別和位置檢測做了初步研究，但未能批量精確地對大量水下空泡圖像進行有效精確識別。目前尚未發現有同類專利或文獻。

發明內容

要解決的技術問題