粒子成像测速的立体三维流速计算方法

摘要

本发明粒子成像测速的立体三维流速计算方法包括：对粒子成像测速的三维立体图像进行网格划分，在t时刻，在Y轴的方向上，将每一层向XZ面上进行投影，分别得到图像A1(t)……An(t);在Z轴的方向上，将每一层向XY面上进行投影，分别得到图像B1(t)……Bq(t)；将对应于t时刻图像A1(t)……An(t)与t+1时刻图像A1(t+1)……An(t+1)，利用二维互相关得到每个图像中每个网格内的粒子在X轴向的速度和在Z轴向的速度；将对应于t时刻图像B1(t)……Bq(t)与t+1时刻图像B1(t+1)……Bq(t+1)利用二维互相关得到每个图像中每个网格内的粒子在X轴向的速度和在Z轴向的速度；再将对应于每个网格内的粒子的在X轴向的平均速度，与对应于每个网格内的粒子Y轴向的速度和Z轴向的速度进行合成后，得到粒子成像测速的立体三维流速图。

说明书

技术领域

本发明涉及了一种处理测量流体流速，特别是一种利用图像处理的方法对粒子成像测速图像进行处理的立体三维流速计算方法。

背景技术

在用立体粒子成像测速测量流体流速时，首先是根据拍摄的多个相机的图像进行测量区域三维立体的重构，然后根据不同时间下重构出来的两个三维立体进行计算，从而获得测量区域的三维流速。

发明内容

本申请的发明目的在于提供一种粒子成像测速的立体三维流速计算方法，该方法可以将重构后的三维立体投影在相应面上，然后根据投影在相应面上的图像进行二维流速计算,合成最终得到稳定性好的流速。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的粒子成像测速的立体三维流速计算方法，该方法它包括以下步骤：

1）建立三维立体坐标系，对粒子成像测速的三维立体图像进行网格划分，在X轴方向分成m个网格，在Y方向分成n个网格，在Z方向分成q个网格，每个网格的尺寸是相同的；

其中：

2）在t时刻，在Y轴的方向上，以平行于XZ面的网格面为切面（1），用n-1个切面（1）对Y轴上的n个网格切成n层,然后将每一层向XZ面上进行投影，分别得到图像A₁(t)……A_n(t);

3）在t时刻，在Z轴的方向上，以平行于XY面的网格面为切面（1），用q-1个切面（1）对Z轴上的q个网格切成q层,然后将每一层向XY面上进行投影，分别得到图像B₁(t)……B_q(t)；

4）在t+1时刻，重复步骤2），分别得到图像A₁(t+1)……A_n(t+1),与对应于t时刻的图像A₁(t)……A_n(t)利用二维互相关得到每个图像中每个网格内的粒子在X轴向的速度和在Z轴向的速度；

5）在t+1时刻，重复步骤3），分别得到图像B₁(t+1)……B_q(t+1),与对应于t时刻的图像B₁(t)……B_q(t)利用二维互相关得到每个图像中每个网格内的粒子在X轴向的速度和在Y轴向的速度；

6）将步骤4）和步骤5）中的对应于每个网格内的粒子的在X轴向的速度相加后除以2,得到每个网格内的粒子在X轴向的平均速度，与在步骤4）和步骤5）中得到的对应于每个网格内的粒子Y轴向的速度和Z轴向的速度进行合成后，得到粒子成像测速的立体三维流速图。

本发明的粒子成像测速的立体三维流速计算方法，其中：所述m、m和q为大于0的自然数；

本发明的粒子成像测速的立体三维流速计算方法，其中：所述二维互相关是将t时刻与t+1时刻图像中的同一个网格内的粒子进行相关性的计算，找到t时刻与t+1时刻网格内的粒子图像坐标，将t+1时刻网格内的粒子图像坐标减去t时刻网格内的粒子图像坐标得到网格内的粒子在其两个坐标方向的位移，把两个坐标方向的位移除以t时刻与t+1时刻的时间间隔，得到网格内的粒子在其两个坐标方向的速度。

目前国内尚没有针对该现象的处理方法，该方案中就是把重构后的三维立体进行投影，然后根据投影在相应面上的图像计算二维流速。根据二维流速合成立体三维速度。

附图说明

图1为把本发明的粒子成像测速的三维立体图像划分网格；

图2在XZ面上投影图像层图像层A₁；

图3 在XY面上投影图像层图像层B₁；

图4 合成后的本发明的粒子成像测速的三维立体三维流速图；

在图1至图4中，标号1为切面。

具体实施方式

本发明的粒子成像测速的立体三维流速计算方法包括以下步骤：

1）如图1所示，建立三维立体坐标系，对粒子成像测速的三维立体图像进行网格划分，在X轴方向分成m个网格如：5个网格，在Y方向分成n个网格如：5个网格，在Z方向分成q个网格如：2个网格，每个网格的尺寸是相同的；

2）如图2所示，它仅表示图像层A_1，在t时刻，在Y轴的方向上，以平行于XZ面的网格面为切面1，用n-1个切面1即4个切面1对Y轴上的n个网格（即5个网格）切成n层（5层）,然后将每一层向XZ面上进行投影，分别得到图像层A₁(t)……A_n(t);

3）如图3所示，它仅表示图像层B_1，在t时刻，在Z轴的方向上，以平行于XY面的网格面为切面1，用q-1个切面1即1个切面1对Z轴上的q个网格（即2个网格）切成q层（2层）,然后将每一层向XY面上进行投影，分别得到图像层B₁(t)……B_q(t)；

4）在t+1时刻，重复步骤2），分别得到图像A₁(t+1)……A_n(t+1),与对应于t时刻的图像A₁(t)……A_n(t)利用二维互相关得到每个图像中每个网格即为m*q*n个网格内的粒子在X轴向的速度和在Z轴向的速度；

5） 在t+1时刻，重复步骤3），分别得到图像B₁(t+1)……B_q(t+1),与对应于t时刻的图像B₁(t)……B_q(t)利用二维互相关得到每个图像中每个网格即为m*n*q个网格内的粒子在X轴向的速度和在Y轴向的速度；

将步骤4）和步骤5）中的对应于每个网格内的粒子的在X轴向的速度相加后除以2,得到每个网格内的粒子在X轴向的平均速度，与在步骤4）和步骤5）中得到的对应于每个网格内的粒子Y轴向的速度和Z轴向的速度进行合成后，得到如图4所示的粒子成像测速的立体三维流速图,其中m、m和q为大于0的自然数，二维互相关是将t时刻与t+1时刻图像中的同一个网格内的粒子进行相关性的计算，找到t时刻与t+1时刻网格内的粒子图像坐标，将t+1时刻网格内的粒子图像坐标减去t时刻网格内的粒子图像坐标得到网格内的粒子在其两个坐标方向的位移，把两个坐标方向的位移除以t时刻与t+1时刻的时间间隔，得到网格内的粒子在其两个坐标方向的速度。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。