The present invention relates to a particle image velocimetry method and device based on Venogram. The method uses white LED as light source to irradiate the surface of particle flow to be measured, uses high-speed CCD camera as image detection equipment to continuously photograph particles on the surface of particle flow, and then uses a computer to collect images taken by the camera and collects them. The resulting image is preprocessed to remove the background noise and target selection caused by non-uniform illumination and other experimental environment and equipment. The particle target is extracted as a point particle and replaced by its centroid coordinates. A set of two-dimensional plane feature point coordinates is obtained and its Veno diagram is constructed. Then, the matching between the two frames is performed by using the constructed Veno diagram, and the particle velocity distribution information is obtained.
【技术实现步骤摘要】
基于维诺图的粒子图像测速方法及装置
本专利技术涉及一种粒子速度测量方法和装置,具体涉及一种基于维诺图的粒子速度场分布测量方法和装置。
技术介绍
颗粒流是颗粒物质存在的一种状态,颗粒物质广泛存在于自然界和工业中,如煤炭的运输和储存,泥石流和雪崩现象等都涉及颗粒流问题,因此研究颗粒流的运动特征具有重要意义。在粒子运动速度测量领域,用图像处理的方法进行速度测量主要有粒子图像测速法(PIV)和粒子跟踪测速法(PTV)。PIV和PTV都是上世纪70年代末80年代初发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。作为PIV和PTV技术的核心,流场图像分析目前主要采用二维快速Fourier变换实现互相关函数的计算,重庆大学李正浩等人利用这种方法来测量表面流场物体速度,(201710242846.X[一种基于粒子图像测速的表面流场测量方法]),但是这类方法对实验参数较为敏感,且在计算过程中容易产生错误的匹配信息,导致产生速度伪矢量,匹配精度不高。维诺图是计算机几何中的一个重要研究内容,它在气象学,地理学,计算机图形学,机器人学等领域得到广泛应用,而关于维诺图的研究更多的集中于其高效的生成算法以及应用层面,如沈阳建筑大学宋晓宇等人专利技术了一种利用维诺图的最近邻查询方法(201210430002.5[一种基于维诺图的反K最近邻查询方法])。但至目前为止,在流体学中,尤其是针对流场内运动粒子速度方面的研究还尤为不足。因此利用维诺图来进行粒子匹配进而获得运动粒子速度信息,是一种具有巨大潜力和发展前景的一种粒子速度测量技术。
技术实现思路
本专利技术是针对目前流体学中PIV和P ...
【技术保护点】
1.一种基于维诺图的粒子图像测速方法,其特征在于:采用白光LED作为光源照射在待测颗粒流表面,利用高速CCD相机作为图像探测设备对颗粒流表面的粒子进行连续拍摄,然后用计算机采集相机拍摄的图像,并对采集到的图像进行图像预处理,去除由于非均匀光照等实验环境和设备造成的背景噪声以及目标筛选,将处理后的图像内颗粒目标提取为点状粒子,并用其质心坐标来代替,由此得到一组二维平面的特征点坐标,对其进行维诺图构建,接着用构建好的维诺图进行两帧图像之间的匹配,最后得到粒子速度分布信息。
【技术特征摘要】
1.一种基于维诺图的粒子图像测速方法,其特征在于:采用白光LED作为光源照射在待测颗粒流表面,利用高速CCD相机作为图像探测设备对颗粒流表面的粒子进行连续拍摄,然后用计算机采集相机拍摄的图像,并对采集到的图像进行图像预处理,去除由于非均匀光照等实验环境和设备造成的背景噪声以及目标筛选,将处理后的图像内颗粒目标提取为点状粒子,并用其质心坐标来代替,由此得到一组二维平面的特征点坐标,对其进行维诺图构建,接着用构建好的维诺图进行两帧图像之间的匹配,最后得到粒子速度分布信息。2.根据权利要求1所述的基于维诺图的粒子图像测速方法,其特征在于:所述维诺图构建,用构建好的维诺图进行两帧图像之间的匹配,最后得到粒子速度分布信息的具体步骤为:步骤一:假设有一组相邻的两帧图像,其粒子点的集合为A={a1,a2,...,an}和B={b1,b2,...,bn},其中ai,bj分别为对应集合内某一个确定的点,然后分别为A,B建立维诺多边形图层P={p1,p2,...,pn},其中pi为P中维诺多边形图层中某一个确定的泰森多边形,Q={q1,q2,...,qn},其中qj为Q中维诺多边形图层中某一个确定的泰森多边形;步骤二:建立匹配条件:在相邻两帧之间互相筛选颗粒,首先遍历P中的每个要素:pi为ai对应的泰森多边形,找出仅包含一个B中要素:设为bj的所有多边形,计算这些多边形中ai与bj的距离值,借鉴拉依达准则对其改进,将小于μ-δ其中μ为平均距离,δ为距离标准差,以及大于μ+δ的值作为异常值剔除,计算出剩余点对的距离均值μ和距离标准差δ,将匹配点对距离小于等于μ+3δ作为选择候选集的条件之一;步骤三:进行匹配计算:查看包含在pi中的B的要素数目1)若包含在pi中的B中的要素数目为0,则看pi是否存在与其相交且Q中的泰森多边形,pi与qj要满足一定的相似度,即要求pi与qj的相交面积与pi的面积之比大于20%,若不存在符合条件qj,则表示pi无匹配对象,若仅存一个与pi相交的泰森多边形,则计算两个面中对应点之间的距离是否符合条件一,若符合则将对应点视为匹配对象,若存在多个与pi相交的泰森多边形,先剔除不符合条件一的匹配对象,然后比较符合条件一的对应对应泰森多边形的形状相似度,将相似度最高的qj视为匹配对象,并建立对应点的匹配关系;2)若包含在pi中的B中的要素数目为1,则检查其是否满足条件一,若满足则建立对应点的匹配关系,否则记录对应的bj为新增要素;3)若包含在pi中的B中的要素数目大于等于2,先剔除...
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