[發明專利]一種高濃度微群泡形態識別及軌跡追蹤測速方法

有效

• 申請號: 202210376642.6
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114463653B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 葉青青;孫偉奇;陳奕宏;邵雪明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06V20/20
• 分類號: G06V20/20;G06V10/20;G06V10/26;G01P5/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種高濃度微群泡形態識別及軌跡追蹤測速方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)基于高速CMOS相機成像原理，采集氣泡原始圖像，

2)輸入高時間分辨率的高濃度微氣泡圖像，進行前處理，所述前處理包括對微氣泡圖像進行二值化、去除噪點、填充和腐蝕操作；其中，二值化處理后，氣泡區域像素灰度值設定為1，其它區域為0；

3) 基于高濃度微氣泡空間分布，采用分水嶺和距離變換進行氣泡圖像分割操作，將每一個氣泡劃分為獨立的區域；

4)對區塊分割后的微氣泡圖像進行輪廓識別，獲取每個氣泡的形態信息，并進行形態匹配；統計微氣泡群所有氣泡等效直徑，獲取直徑分布信息；

5)對相鄰兩個時刻的微氣泡圖像進行相關性分析；獲取微氣泡群的瞬時速度場信息；對獲取的速度場進行速度矢量糾正；顯示微氣泡群的運動軌跡和方向；

所述對相鄰兩個時刻的微氣泡圖像進行相關性分析，具體為：

對不同時刻的經過前處理并進行分割、識別后的二值化微氣泡圖像進行互相關計算；選擇某一時刻圖像中某個微氣泡的像素塊的質心作為中心點，向上下左右延伸一定的寬度和高度來構成一個像素矩陣，記為查詢窗口W₁，對應于當前時刻查詢窗口的位置，在下一個時刻的圖像中確定同樣位置、同樣寬度和高度的查詢窗口W，并找出該查詢窗口中包含的所有微氣泡并統計數量；設統計后的數量為N，分別以這N個微氣泡的質心建立與W₁同樣寬度和高度的查詢窗口W₂，來構成N個像素矩陣，其中微氣泡個數等于參考矩陣的個數，即N個W₂窗口，每個W₂窗口對應一個參考矩陣，對當前時刻的查詢窗口W₁對應的像素矩陣與下一時刻中N個參考矩陣分別進行互相關運算得到互相關系數，產生最大互相關系數的參考矩陣即為當前時刻參考窗口中心對應的微氣泡在下一刻的氣泡圖像中所對應的像素區域，記錄下兩個微氣泡的像素區域的對應關系；

互相關系數 的計算方法為

其中分子為W₁，W₂重疊區域的像素面積之和，B₁, B₂為W₁，W₂各自區域內包含的所有像素塊面積之和；i為當前時刻查詢窗口中心區域的微氣泡的標記號，j為下一時刻選定的某一個像素矩陣中心的微氣泡的標記號。

2.根據權利要求1所述的高濃度微群泡形態識別及軌跡追蹤測速方法，其特征在于，步驟2）中，所述的填充和腐蝕操作具體為：

對去除噪點后的氣泡二值化圖像中的每一個氣泡像素塊進行篩選，找出中心區域像素灰度值為0的點并將其填充為1；同時，對每一個像素塊的邊緣在不影響氣泡形態的情況下，進行腐蝕。