[发明专利]一种基于尾流纹路识别的水面流速测量方法

权利要求书

1.一种基于尾流纹路识别的水面流速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过数码相机和智能手机获取圆柱尾流视频，将视频文件按照播放次序转换为一帧一帧的jpg格式的图像文件，得到n个流形学习样本图像其中，z_i表示第i帧图像；

2)对流形学习样本图像进行预处理；

3)根据预处理后流形学习样本图像相似度，计算任意样本z_i和样本z_j之间的欧式距离d_z(z_i,z_j)，得到n维的距离矩阵M_n(i,j)∈R^n×n，R^n×n表示n×n的实数矩阵；

4)选取k值，根据欧式距离，计算两个样本间的流形距离；并利用等距特征映射算法，对距离矩阵M_n(i,j)进行降维，得到一维、二维和三维的欧式距离邻接图，并将欧式距离邻接图相应的转化为残值r₁、r₂、r₃；

5)根据流形学习所得的三维欧式距离邻接图的形状预判雷诺数Re的大小；

6)一维、二维、三维欧式距离邻接图转化的残值r₁、r₂、r₃存在拟合关系式；

7)结合雷诺数预判结果，根据残值r₁、r₂、r₃的拟合关系反推具体的雷诺数Re，最后得到来流流速。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤2)中，对流形学习样本图像进行预处理包括以下步骤：

2.1)将流形学习样本图像转换为灰度图并增强对比度，提高图片的可识别度；

2.2)根据每帧图片的特征点，调整抖动带来的误差；

2.3)根据纹理特点，截取w×h像素的图片，形成d＝w×h维的学习样本，其中，w为图片宽度的像素数，h为图片高度的像素数，d为总像素数。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤4)中，k值的选取：选取距离某个点最近的k个点，采用k-isomap方法计算欧式距离，根据预先设定的精度和计算效率选取k的取值。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤5)中，根据三维欧式距离邻接图的形状预判雷诺数Re的大小：线性特征为低雷诺数Re40，圆柱形状为中雷诺数40Re400，不规则形状为高雷诺数Re400。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤6)中，残值r₁、r₂、r₃存在的拟合关系式为：

r_j＝α_j Reexp(-β_j Re)，

式中，r_j表示残值，j＝1、2、3表示降维后的维数；α_j和β_j表示拟合系数。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤7)中，如果三维流形学习结果为中雷诺数的圆柱形状，对应卡门涡街，则利用图像获得涡旋的脱落频率，通过卡门涡街的脱落频率和来流流速存在定量关系反推流速，并对来流流速估算进行修正。

7.如权利要求6所述方法，其特征在于：卡门涡街的脱落频率和来流流速存在定量关系为：

其中，f为脱落频率，U为来流流速，d为圆柱半径，Re为雷诺数。