[发明专利]一种水流中彩色粒子图像测速系统及其测量方法

权利要求书

1.一种水流中彩色粒子图像测速系统，其特征在于：包括河工模型、彩色示踪粒子、彩色网络摄像头、ＰＯＥ交换机和数字图像处理装置；所述彩色示踪粒子均匀分布在河工模型的水流中，所述网络摄像头安装在河工模型的水流表面上方，所述网络摄像头与ＰＯＥ交换机连接，所述ＰＯＥ交换机与数字图像处理装置相连接，所述数字图像装置包括数字图像处理软件。

2. 根据权利要求1所述的一种水流中彩色粒子图像测速系统，其特征在于：所述彩色示踪粒子呈椭圆形状，所述示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴宽度的2~4倍。

3.根据权利要求2所述的一种水流中彩色粒子图像测速系统，其特征在于：所述彩色示踪粒子分为红色、绿色和蓝色，所述示踪粒子采用PP材料与天然石膏调制而成，彩色示踪粒子的密度接近水的密度，但小于水的密度。

4.根据权利要求1所述的一种水流中彩色粒子图像测速系统，其特征在于：所述数字图像处理软件包括图像采集模块、与图像采集模块连接的彩色图像分割模块、与彩色图像分割模块连接的粒子标记模块、与粒子标记模块连接的粒子匹配模块以及与粒子匹配模块相连的流场显示模块。

5.一种水流中彩色粒子图像流场测量方法，其特征在于：所述测量步骤如下：

（1）在水流中均匀布撒红、绿、蓝的示踪粒子，漂浮在水流表面；

（2）用彩色网络摄像头拍摄示踪粒子的运动图像；

（3）图像由数字图像处理装置采集并处理，通过数字图像处理的方法测量表面流场，数字图像处理的方法包括以下步骤：

（3.1） 通过阈值分割的方法提取出每帧图像中的示踪粒子图像，记录每帧图像中的示踪粒子像素中心位置：红色粒子三通道灰度值(R,G,B)为(255,0,0)，绿色粒子三通道灰度值(R,G,B)为(0,255,0)，蓝色粒子三通道灰度值(R,G,B)为(0,0, 255)，通过设定三通道阈值分别为Tr、Tg、Tb，且各通道阈值取值范围为0-255,进行颜色分割，然后进行区域标记，提取各颜色粒子像素中心位置；

（3.2） 综合考虑单个粒子的连续性运动特征及粒子运动的群体性位置和颜色分布特征，对各帧粒子图像进行匹配：针对第一帧图像中的每个示踪粒子，在第二帧图像中设定搜索半径，在搜索范围内颜色与之相同的作为候选匹配粒子，然后在第三帧图像中搜索范围内，搜索相同颜色的粒子并计算帧间粒子运动矢量差，取最小值作为正确匹配；

（3.3） 通过标定，将图像坐标换算为实际坐标，将粒子运动距离除以时间得到流速：V=△d/△t，其中△d为匹配粒子在相邻两帧图像中的运动矢量，△t为相邻两帧间的时间间隔；

（3.4） 将各个粒子的坐标及流速进行全场显示。