[发明专利]基于视觉的液体黏度在线测量方法

权利要求书

1.一种速度场和黏度在线测量方法，其特征在于包括以下步骤：

图像采集：采集液体的流动图像；

计算光流场：通过光流方法计算光流场；

所述图像采集包括以下步骤：

摄像机对流动的液体采集设定时间间隔的图像，得到相邻拍摄的图片1和图片2组成的图片对；

所述计算光流场包括以下步骤：

1)分别根据图片1和图片2建立高斯图像金字塔1和高斯图像金字塔2，其中每层图像的灰度值分别为：I₁，I₂；

2)计算两个高斯图像金字塔中每层图像的梯度：I_x，I_y；

3)对图像金字塔1和2从高到低每层金字塔组成金字塔层对，共同完成以下运算，以求得光流场u，v：

3.1)计算本层金字塔的时间梯度：I_t＝I₂-I₁；

3.2)清空光流场增量：du，dv；

3.3)使用超松弛迭代法计算每个像素点的du，dv；

3.4)利用du，dv计算结果更新光流：u＝u+du，v＝v+dv；

3.5)利用本层图像金字塔2和光流结果得出液体移动前的图像，并替换本层图像金字塔2；

4)从高到低依次将每层光流结果传递给下一层：u＝u*k，v＝v*k，其中k是金字塔降采样尺度；

计算速度场：根据摄像机参数和光流场计算速度场；

估计黏度：根据速度场估计液体黏度；

所述计算速度场包括以下步骤：

根据公式求得像距；其中o是物距、i是像距、f是焦距；

根据公式d＝d_pl_p求得光流场中每个像素位移对应的空间位移，其中d是像的空间位移、d_p是光流场中的像素位移，l_p是像素的物理尺寸；

根据公式求得光流场对应的液体速度场，其中v_o是液体速度、T是采样时间间隔；

所述估计黏度包括以下步骤：

首先将液体速度场中的最大速度作为液体表层流速；

然后估计液体黏度：测量流动液体的厚度h；然后通过公式计算出液体黏度，其中μ是液体黏度，ρ是液体密度，g是万有引力常数，v_s是液体表层流速，θ是液体流动方向与水平方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种速度场和黏度在线测量方法，其特征在于所述使用超松弛迭代法计算每个像素点的du，dv包括以下步骤：

(1)计算本层金字塔中每个像素点的权重w_h和w_s，其中

(2)计算每个像素点的权重w_s与梯度的乘积，分别记做I_xx＝w_s*I_x*I_x，I_xy＝w_s*I_x*I_y，I_yy＝w_s*I_y*I_y，I_xt＝w_s*I_x*I_t，I_yt＝w_s*I_y*I_t；

(3)使用超松弛迭代法迭代计算每个像素点的du，dv直到满足迭代次数，其中计算公式为

其中，α、ω为常数；计算点的坐标为(x，y)时，对应的参数下标为(x，y)。

3.根据权利要求1所述的一种速度场和黏度在线测量方法，其特征在于：当液体流量固定时，通过查表法估计液体黏度：

估计黏度需要固定液体的流量；

然后分别计算不同已知黏度的液体的速度场并通过插值方法得到液体黏度与表层流速的对应关系；

通过查找表层流速与液体黏度对应关系得到当前表层流速所对应的液体黏度。