一种纹影波阵面自动识别跟踪方法技术

本发明专利技术涉及图像数据处理，具体涉及一种纹影波阵面自动识别跟踪方法，用于解决现有纹影波阵面识别及跟踪方法在波阵面相对于背景为弱目标、波阵面附近会出现若干条同心且相近相似的波阵面、若干条不同心的波阵面会发生交叉和重叠等复杂情况下，无法排除干扰波阵面的影响，难以做到每个波阵面的识别结果都符合人眼观察的结果，鲁棒性较差的不足之处。该纹影波阵面自动识别跟踪方法通过设置识别参数、去除图像背景、图像加法、图像幂变换、图像中值滤波等步骤，最终得到爆炸波阵面轮廓移动过程及波阵面半径的变化趋势图。阵面半径的变化趋势图。阵面半径的变化趋势图。

【技术实现步骤摘要】
一种纹影波阵面自动识别跟踪方法


[0001]本专利技术涉及图像数据处理，具体涉及一种纹影波阵面自动识别跟踪方法。

技术介绍

[0002]纹影法是利用光在被测流体中的折射率梯度正比于流程密度的原理，将流动中的密度梯度变化转变为图像中光强的相对变化，即可通过图像灰度的不同揭示冲击波和热湍流的过程。在高速纹影系统中，需要对爆炸冲击波的波阵面进行轮廓提取识别及跟踪，以计算出爆炸冲击波的速度。人工提取轮廓的方法不仅无法满足精度要求，而且费时费力，无法实现大量数据的处理要求。
[0003]针对上述问题，中国专利CN112085651A公开了一种基于图像自适应阈值与特征提取的激波自动检测跟踪算法，该算法通过背景图像扣除、图像滤波、图像增强和亚像素插值，并结合自动应阈值算法对二值纹影图进行特征轮廓识别。而文献“Li G,Agir M B,Kontis K,et al.Image Processing Techniques for Shock Wave Detection and Tracking in High Speed Schlieren and Shadowgraph Systems[J].Journal of Physics:Conference Series,2019,1215(1):012021(9pp).”则利用背景减法、滤波、阈值、边缘检测的方法对冲击波进行检测和跟踪。
[0004]上述两种方法均可识别出激波的轮廓，但仅适用于复杂性较低波阵面。实际高速纹影仪拍摄的冲击波纹影图像中会遇到各种复杂的情况，主要分为以下三种情况：(1)波阵面相对于背景为弱目标，用单一方法无法识别；(2)波阵面附近会出现若干条同心且相近相似的波阵面，在跟踪的过程中极易识别为干扰波阵面；(3)若干条不同心的波阵面会发生交叉和重叠情况，也容易受到杂波的干扰。针对以上三种情况，采用上述所提的自适应阈值和滤波无法排除干扰波阵面的影响，难以做到每个波阵面的识别结果都符合人眼观察的结果，鲁棒性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有纹影波阵面识别及跟踪方法在波阵面相对于背景为弱目标、波阵面附近会出现若干条同心且相近相似的波阵面、若干条不同心的波阵面会发生交叉和重叠等复杂情况下，无法排除干扰波阵面的影响，难以做到每个波阵面的识别结果都符合人眼观察的结果，鲁棒性较差的不足之处，而提供一种纹影波阵面自动识别跟踪方法。
[0006]为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供了如下技术解决方案：
[0007]一种纹影波阵面自动识别跟踪方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
[0008]步骤1、将高速摄像机得到的一系列待识别图像导入图像处理软件中，该系列待识别图像为同一可视区域按照时间顺序排列的图像；
[0009]步骤2、设置识别参数；
[0010]所述识别参数包括识别类型、ROI区域、标定数据、间隔数据；所述识别类型为圆弧
或直线；所述标定数据为每个像素代表的实际距离，所述间隔数据为相邻两张图像之间的时间间隔；
[0011]步骤3、将步骤1导入的一系列待识别图像和背景图像进行相减，获得各待识别图像对应的背景消除后的图像，所述背景图像为纹影波阵面到来前该系列待识别图像可视区域的图像；
[0012]步骤4、将各背景消除后的图像依次通过图像加法、第一次图像幂变换、图像中值滤波对图像进行处理后，再进行第二次图像幂变换增强，获得各待识别图像对应的增强图像；
[0013]步骤5、将各增强图像根据步骤2所设置的识别类型和ROI区域，设置波阵面轮廓的搜索区域为圆环或矩形，根据设置的标定数据和间隔数据，最终得到爆炸波阵面轮廓移动过程及波阵面半径的变化趋势图。
[0014]进一步地，步骤2中，设置ROI区域具体为：
[0015]所述识别类型为圆弧时，ROI区域为以手动选取点(X0,Y0)为圆心的一系列圆环区域，一系列圆环区域的外径R
外
为固定值，内径R
内
为一系列递增的等差数列，外径R
外
初始值、内径R
内
初始值均为通过估计目标区域范围后手动设定；
[0016]所述识别类型为直线时，ROI区域为一系列矩形区域，一系列矩形区域的右下角坐标(Xmax,Ymax)固定，左上角坐标(Xmin,Ymin)为一系列递增的等差数列，右下角坐标(Xmax,Ymax)初始值、左上角坐标(Xmin,Ymin)初始值均为通过估计目标区域范围后手动设定。
[0017]进一步地，步步骤4中，所述第一次图像幂变换、第二次图像幂变换的变换系数P的量化方法如下：
[0018]选取步骤1的一系列待识别图像中位于时间轴中间位置的一张待识别图像，在该图像中选取一条位于波阵面传播方向上的直线，获取其灰度极大值Gmax和极小值Gmin，计算得到极大值和极小值的灰度差
△
G，根据下式通过
△
G的范围确定变换系数P；
[0019][0020]进一步地，所述根据步骤2所设置的识别类型，设置波阵面轮廓的搜索区域为圆环或矩形具体为：
[0021]所述识别类型为圆弧时，设置搜索区域为圆环，首先设置一个基准搜索半径，在其基础上，设置搜索区域的内径和外径，搜索区域的外径为固定值，内径为一系列递增的等差数列；
[0022]所述识别类型为直线时，设置搜索区域为矩形，首先设置右下角坐标、左上角坐标，搜索过程中，右下角坐标固定，左上角坐标为一系列递增的等差数列。
[0023]进一步地，步骤4中，所述图像加法是指将各背景消除后的图像与自身相加。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术一种纹影波阵面自动识别跟踪方法，通过设置识别参数、去除图像背景、图
像加法、图像幂变换、图像中值滤波等步骤，最终得到爆炸波阵面轮廓移动过程及波阵面半径的变化趋势图；本专利技术可完成对以下三种复杂冲击波波阵面的识别和跟踪：第一，波阵面相对于背景为弱目标；第二，波阵面附近会出现若干条同心且相近相似的波阵面；第三，若干条不同心的波阵面会发生交叉和重叠情况；本专利技术可依据自动识别跟踪的结果绘制出波阵面位置曲线，进而计算出爆炸冲击波的速度，具有一定的工程应用价值。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种纹影波阵面自动识别跟踪方法的流程示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例步骤2中所述设置识别参数的示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例步骤4中所述选取一条位于波阵面传播方向上的直线的示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例步骤4中所选取的直线的灰度值信息示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例经过步骤4处理所得的待识别图像；
[0031]图6为本专利技术实施例步骤5所得的波阵面半径的变化趋势图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和示例性实施例对本专利技术作进一步地说明。
[0033]参照图1，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纹影波阵面自动识别跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将高速摄像机得到的一系列待识别图像导入图像处理软件中，该系列待识别图像为同一可视区域按照时间顺序排列的图像；步骤2、设置识别参数；所述识别参数包括识别类型、ROI区域、标定数据、间隔数据；所述识别类型为圆弧或直线；所述标定数据为每个像素代表的实际距离，所述间隔数据为相邻两张图像之间的时间间隔；步骤3、将步骤1导入的一系列待识别图像和背景图像进行相减，获得各待识别图像对应的背景消除后的图像；所述背景图像为纹影波阵面到来前该系列待识别图像可视区域的图像；步骤4、将各背景消除后的图像依次通过图像加法、第一次图像幂变换、图像中值滤波对图像进行处理后，再进行第二次图像幂变换增强，获得各待识别图像对应的增强图像；步骤5、将各增强图像根据步骤2所设置的识别类型和ROI区域，设置波阵面轮廓的搜索区域为圆环或矩形，根据设置的标定数据和间隔数据，最终得到爆炸波阵面轮廓移动过程及波阵面半径的变化趋势图。2.根据权利要求1所述的一种纹影波阵面自动识别跟踪方法，其特征在于：步骤2中，设置ROI区域具体为：所述识别类型为圆弧时，ROI区域为以手动选取点(X0,Y0)为圆心的一系列圆环区域，一系列圆环区域的外径R
外
为固定值，内径R
内
为一系列递增的等差数列，外径R
外
初始值、内径R
内
初始值均为通过估计目标区域范围后手动设定；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高炜，谢正茂，李奇，韦明智，闫亚东，何俊华，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：