一种莫尔条纹有效区域提取方法技术

本发明专利技术公开了一种莫尔条纹有效区域提取方法

【技术实现步骤摘要】
一种莫尔条纹有效区域提取方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种莫尔条纹有效区域提取方法
、
装置及存储介质，属于光学测量

。

技术介绍

[0002]莫尔层析技术作为光学计算层析技术的一个分支，具有实时
、
稳定和非接触等优点，在流场检测方面具有广泛应用
。
在利用莫尔层析技术对复杂流场的关键参数进行测量时，需要提取流场的相位信息，而在这之前首先必须截取被测场莫尔条纹的有效区域
。
在传统的算法中对图像有效区域的截取主要依靠肉眼观察并手动设定像素点的方法来实现，显然这样不够准确而且运行不同图像时要改变相应像素点，效率低下，不够智能
。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有莫尔条纹有效区域提取中存在的实际问题，提供一种高精度且易于实现的联合
Otsu
算法和数学形态学的智能化提取条纹有效区域的方法，以最终实现提高被测流场相位信息提取的效率
。
[0004]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种莫尔条纹有效区域提取方法，包括：
[0006]获取一幅直条纹图像和一幅大小位置完全相同的偏折条纹图像；
[0007]将所述直条纹图像和偏折条纹图像转化为灰度图像，并对两幅灰度图像进行二值化处理，得到两幅二值化图像；
[0008]将两幅二值化图像对应像素点的值相减并取绝对值，得到处理好的图像
D
；
[0009]将处理好的图像
D
分别向横轴和竖轴投影后，找出条纹偏折的始末位置和图像外切矩形的坐标；
[0010]通过对条纹偏折长度和外切矩形边长求均值的方式求得有效区域的边长；
[0011]根据有效区域边长将条纹偏折处置于中心，最终提取出条纹图的有效区域
。
[0012]进一步的，所述对两幅灰度图像进行二值化处理，得到两幅二值化图像，包括：
[0013]通过
Otsu
算法计算两幅灰度图像最佳的二值化阈值，具体为：
[0014]设定一个像素灰度值阈值，将灰度值小于阈值的像素个数记作
N0，像素灰度大于等于阈值的像素个数记作
N1，则有：
[0015]ω0＝
N0/(M
×
N),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]ω1＝
N1/(M
×
N),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]N0+N1＝
M
×
N,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]1＝
ω0+
ω1,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0019]μ
＝
ω0×
μ0+
ω1×
μ1,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0020]g
＝
ω0×
(
μ0‑
μ
)2+
ω1×
(
μ1‑
μ
)2,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0021]其中，
g
是类间方差，前景相关的像素点数占整幅图像的比例表示为
ω0，前景平均
灰度记为
μ0，背景像素点数占整幅图像的比例记为
ω1，其平均灰度记为
μ1，图像的总平均灰度记为
μ
；
[0022]将式
(5)
代入式
(6)
得到等价公式：
[0023]g
＝
ω0×
ω1×
(
μ0‑
μ1)2.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0024]之后，采用遍历算法获得类间方差
g
最大的目标的前景和背景的分割阈值
T
；
[0025]通过分割阈值
T
将两幅灰度图像分为前景和背景两部分，得到两幅二值化图像
。
[0026]进一步的，运用数学形态学对两幅二值化图像进行进一步降噪，通过开运算的腐蚀和膨胀去除二值化图像中的噪点，具体包括：
[0027]a
Θ
b
表示
a
被
b
的腐蚀，具体定义为：
[0028][0029]其中，
a
Θ
b
可看作所有使
b
被
x
平移后包含于
a
的
x
的集合；
[0030]表示
a
被
b
的膨胀，具体定义为：
[0031][0032]膨胀的步骤是
b
首先进行关于原点的映射，然后平移
x
，膨胀被
x
平移后，就会造成它与
a
至少存在一个非0的公共元素；
[0033]基于上述过程即可得到两幅较纯净的二值化图像
。
[0034]进一步的，所述将处理好的图像
D
分别向横轴和竖轴投影后，找出条纹偏折的始末位置和图像外切矩形的坐标，包括：
[0035]将处理好的图像
D
向横轴投影得到一个行数列
X
：
(1)
找出该数列中大于0的起始位置，即可认定其为圆形条纹图的外切矩形的顶点横坐标；
(2)
找出该数列中大于该数列所有元素平均值的所有元素的位置，即可认定第一个位置为条纹偏折开始的位置，最后一个位置为条纹偏折结束的位置；
[0036]将处理好的图像
D
向竖轴投影得到一个行数列
Y
，找出该数列中大于0的起始位置，即可认定其为圆形条纹图的外切矩形的顶点纵坐标
。
[0037]第二方面，本专利技术提供一种莫尔条纹有效区域提取装置，包括：
[0038]获取模块，用于获取一幅直条纹图像和一幅大小位置完全相同的偏折条纹图像；
[0039]二值化处理模块，用于将所述直条纹图像和偏折条纹图像转化为灰度图像，并对两幅灰度图像进行二值化处理，得到两幅二值化图像；
[0040]第一处理模块，用于将两幅二值化图像对应像素点的值相减并取绝对值，得到处理好的图像
D
；
[0041]第二处理模块，用于将处理好的图像
D
分别向横轴和竖轴投影后，找出条纹偏折的始末位置和图像外切矩形的坐标；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种莫尔条纹有效区域提取方法，其特征在于，包括：获取一幅直条纹图像和一幅大小位置完全相同的偏折条纹图像；将所述直条纹图像和偏折条纹图像转化为灰度图像，并对两幅灰度图像进行二值化处理，得到两幅二值化图像；将两幅二值化图像对应像素点的值相减并取绝对值，得到处理好的图像
D
；将处理好的图像
D
分别向横轴和竖轴投影后，找出条纹偏折的始末位置和图像外切矩形的坐标；通过对条纹偏折长度和外切矩形边长求均值的方式求得有效区域的边长；根据有效区域边长将条纹偏折处置于中心，最终提取出条纹图的有效区域
。2.
根据权利要求1所述的莫尔条纹有效区域提取方法，其特征在于，所述对两幅灰度图像进行二值化处理，得到两幅二值化图像，包括：通过
Otsu
算法计算两幅灰度图像最佳的二值化阈值，具体为：设定一个像素灰度值阈值，将灰度值小于阈值的像素个数记作
N0，像素灰度大于等于阈值的像素个数记作
N1，则有：
ω0＝
N0/(M
×
N),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
ω1＝
N1/(M
×
N),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)N0+N1＝
M
×
N,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)1
＝
ω0+
ω1,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
μ
＝
ω0×
μ0+
ω1×
μ1,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)g
＝
ω0×
(
μ0‑
μ
)2+
ω1×
(
μ1‑
μ
)2,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
其中，
g
是类间方差，前景相关的像素点数占整幅图像的比例表示为
ω0，前景平均灰度记为
μ0，背景像素点数占整幅图像的比例记为
ω1，其平均灰度记为
μ1，图像的总平均灰度记为
μ
；将式
(5)
代入式
(6)
得到等价公式：
g
＝
ω0×
ω1×
(
μ0‑
μ1)2.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
之后，采用遍历算法获得类间方差
g
最大的目标的前景和背景的分割阈值
T
；通过分割阈值
T
将两幅灰度图像分为前景和背景两部分，得到两幅二值化图像
。3.
根据权利要求1所述的莫尔条纹有效区域提取方法，其特征在于，运用数学形态学对两幅二值化图像进行进一步降噪，通过开运算的腐蚀和膨胀去除二值化图像中的噪点，具体包括：
a
Θ
b
表示
a
被
b
的腐蚀，具体定义为：其中，
a
Θ
b
可看作所有使
b
被
x
平移后包含于
a
的
x
的集合；表示
a
被
b
的膨胀，具体定义为：
膨胀的步骤是
b
首先进行关于原点的映射，然后平移
x
，膨胀被
x
平移后，就会造成它与
a
至少存在一个非0的公共元素；基于上述过程即可得到两幅较纯净的二值化图像
。4.
根据权利要求1所述的莫尔条纹有效区域提取方法，其特征在于，所述将处理好的图像
D
分别向横轴和竖轴投影后，找出条纹偏折的始末位置和图像外切矩形的坐标，包括：将处理好的图像
D
向横轴投影得到一个行数列
X
：
(1)
找出该数列中大于0的起始位置，即可认定其为圆形条纹图的外切矩形的顶点横坐标；
(2)
找出该数列中大于该数列所有元素平均值的所有元素的位置，即可认定第一个位置为条纹偏折开始的位置，最后一个位置为条纹偏折结束的位置；将处理好的图像
D
向竖轴投影得到一个行数列
Y
，找出该数列中大于0的起始位置，即可认定其为圆形条纹图的外切矩形的顶点纵坐标
。5.
一种莫尔条纹有效区域提取装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取一幅直条纹图像和一幅大小位置完全相同的偏折条纹图像；二值化处理模块，用于将所述直条纹图像和偏折条纹图像转化为灰度图像，并对两幅灰度图像进行二值化处理，得到两幅二值化图像；第一处...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云云，曹子木，周靖松，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：