基于光流算法的大视场流场快速分析方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及流场分析技术领域，公开了一种基于光流算法的大视场流场快速分析方法和系统，所述方法包括：向待测流场中放烟；获取烟流经待测流场的流动图像集合；基于光流算法对流动图像集合进行计算，获取待测流场的相对速度；基于速度转换函数将相对速度转换为绝对速度；基于绝对速度获得待测流场的速度场。本发明专利技术提供了一种仅依靠灰度变化、非接触式、对流场无干扰的快速测量技术。场无干扰的快速测量技术。场无干扰的快速测量技术。

【技术实现步骤摘要】
基于光流算法的大视场流场快速分析方法和系统


[0001]本专利技术涉及流场分析
，具体是指一种基于光流算法的大视场流场快速分析方法和系统。

技术介绍

[0002]流动显示与测量技术是解决实际工程问题的重要手段。可以通过各种流动显示与测量实验,了解复杂的流动现象,探索其物理机制和运动规律,发现新的流动现象,为建立新的概念和物理模型提供依据，各类新型流动显示测量技术的研究和发展是十分重要的。经过长时间发展，先后出现了不同的流动测量技术，如热线风速测量技术(HWA)，激光多普勒测速法(LDV)等，随后又发展起PIV技术(粒子图像测速技术)、PTV技术(粒子跟踪测速技术)。热线法和激光多普勒测速法只能单点测量；PIV技术虽然能进行区域流场乃至全流场的显示，但PIV设备价格昂贵，且拍摄区域非常小，不适用于大面积的流场分析需求；PTV技术仅适合于流场中示踪粒子浓度较低的情况，粒子稀疏使得可提取的流场速度信息量较少，限制了对流场细微结构的研究。
[0003]风力机、汽车以及飞行器等，其绕流与于自身的气动性能优劣密切相关，而对于气流的流动分离、漩涡结构等较为复杂的流动现象尚且难以建立较为精准的模型，目前的流体力学研究主要是从实验测量入手，而流场测量是分析以上问题的主要途径，因此需要开发更新颖、更加精确的流场测量方法。

技术实现思路

[0004]基于以上技术问题，本专利技术公开了一种基于光流算法的大视场流场快速分析方法和系统，提供了一种仅依靠灰度变化、非接触式、对流场无干扰的快速测量技术。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于光流算法的大视场流场快速分析方法，包括：
[0007]向待测流场中放烟；
[0008]获取烟流经待测流场的流动图像集合；
[0009]基于光流算法对流动图像集合进行计算，获取待测流场的相对速度；
[0010]基于速度转换函数将相对速度转换为绝对速度；
[0011]基于绝对速度获得待测流场的速度场。
[0012]进一步的，速度转换函数的具体公式为：
[0013]U＝λuN/M
[0014]其中，U表示绝对速度，单位为长度/秒；N表示相机拍摄速度，单位为帧/秒；u表示相对速度，单位为帧/秒；λ表示空间比例系数，M表示所选择的两张图像之间的帧数间隔。
[0015]进一步的，获取空间比例系数的方法包括：
[0016]获取待测物的实际尺寸；
[0017]对待测物进行拍摄，获取拍摄图像；
[0018]获取拍摄图像中待测物的像素尺寸；
[0019]基于实际尺寸和像素尺寸的比值，获取空间比例系数。
[0020]进一步的，空间比例系数的具体公式为：
[0021]λ＝X
s
/X
p
[0022]其中，λ表示空间比例系数，X
s
表示实际尺寸，X
p
表示像素尺寸。
[0023]一种基于光流算法的大视场流场快速分析系统，包括：
[0024]发烟模块，发烟模块用于向待测流场中放烟；
[0025]成像模块，成像模块用于获取烟流经待测流场的流动图像集合；
[0026]数据处理模块，数据处理模块用于基于光流算法对流动图像集合进行计算，获取待测流场的相对速度；基于速度转换函数将相对速度转换为绝对速度；基于绝对速度获得待测流场的速度场。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术提出的基于光流算法的大视场流场快速分析系统，是一种仅依靠灰度变化、非接触式、对流场无干扰的快速测量技术。与热线风速仪测速法相比，本专利技术可以进行流场全局测量；与PIV(粒子图像测速技术)相比，光流法流场测量系统硬件设备简单(仅需要成像设备与数据处理设备)，并可以对大区域进行测量；与PTV(粒子跟踪测速技术)相比，光流法测量系统测得的流场速度信息量多，并且可以测量流场精细结构(即高分辨率)。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：
[0030]图1为基于光流算法的大视场流场快速分析方法的流程示意图。
[0031]图2为获取空间比例系数的方法的流程示意图。
[0032]图3为基于光流算法的大视场流场快速分析系统的结构示意图。
[0033]图4为待测流场的流动图像示意图。
[0034]图5为待测流场的速度场示意图。
[0035]其中，1数据处理模块，2成像模块，3发烟模块，4待测流场。
具体实施方式
[0036]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037]除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、
“
左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0038]参阅图1，在一些实施例中，一种基于光流算法的大视场流场快速分析方法，包括：
[0039]S101，向待测流场中放烟；
[0040]其中，通过发烟装置向待测流场放烟，发出的烟雾会随待测流场内空气流动。
[0041]具体的，发烟装置应当放置在待测流场中测试模型的上游，且不可离待测模型太近，发出的烟会被流场中的气流所带动，初始发烟的速度与方向会完全跟随流场中的气流，不会影响流场的试验结果。
[0042]S102，获取烟流经待测流场的流动图像集合；
[0043]其中，流动图像集合时通过成像设备采集的，具体的，成像设备为相机或摄像机。在拍摄之前，一般需要选择合适的镜头，调节光圈、曝光等参数，然后拍摄并记录一系列时间连续的烟流流动图像。
[0044]具体的，烟流经待测流场的流动图像如图4所示。
[0045]S103，基于光流算法对流动图像集合进行计算，获取待测流场的相对速度；
[0046]具体的，光流算法采用Horn
‑
Schunck光流法。
[0047]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光流算法的大视场流场快速分析方法，其特征在于，包括：向待测流场中放烟；获取烟流经所述待测流场的流动图像集合；基于光流算法对所述流动图像集合进行计算，获取所述待测流场的相对速度；基于速度转换函数将所述相对速度转换为绝对速度；基于所述绝对速度获得待测流场的速度场。2.根据权利要求1所述的基于光流算法的大视场流场快速分析方法，其特征在于，所述速度转换函数的具体公式为：U＝λuN/M其中，U表示绝对速度，单位为长度/秒；N表示相机拍摄速度，单位为帧/秒；u表示相对速度，单位为帧/秒；λ表示空间比例系数，M表示所选择的两张图像之间的帧数间隔。3.根据权利要求2所述的基于光流算法的大视场流场快速分析方法，其特征在于，获取所述空间比例系数的方法包括：获取待测物的实际尺寸；对所述待测物进行拍摄，获取拍摄图像；获取所述拍摄图像中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜海，蒋皓，杨章毅，杨乐杰，陈朔，韩胜春，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：