[发明专利]一种基于预估校正的多帧气泡流图像处理方法

说明书

本发明涉及一种基于预估校正的多帧气泡流图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对当前帧气泡阴影图像进行处理，得到当前帧气泡的弧段图像；2)根据已知帧气泡阴影图像中各目标气泡质心和大小数据，预估当前帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心大小；3)根据预估的当前帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小，对弧段图像中的各弧段进行分组匹配；4)校正弧段图像中各目标气泡的质心和大小；5)将校正后各目标气泡的质心和大小作为已知帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小数据，进入步骤1)，对其他帧气泡阴影图像进行处理，直至完成多帧气泡阴影图像中所有目标气泡的质心和大小的校正，本发明可广泛用于环境模拟实验技术领域中。

技术领域

本发明是关于一种基于预估校正的多帧气泡流图像处理方法，属于环境模拟实验技术领域。

背景技术

气泡流的动力学特性研究在环境、化工等领域均有广泛的应用背景。在实验室条件下，常采用高速相机拍摄记录气泡流运动的高频图像。对气泡阴影图像进行进一步处理，得到气泡的形态信息和运动特征，进而研究气泡流的内部结构和发展规律。在气泡流的实验研究中，图像处理方法是核心，合理有效的图像处理方法可以为气泡流研究提供高效率、高精度的测量手段。

目前，低含气率气泡流实验的图像处理已有较成熟简单的方法，而高含气率气泡流实验由于气泡图像重叠程度高，气泡形状复杂，其图像处理一直是研究人员努力解决的问题之一。近年来，不少学者提出各种重叠气泡图像处理方法，但是对于气泡重叠度高、甚至发生完全遮挡的情况，仍存在识别率和准确率不高的问题，且已有的相关研究大多基于单帧气泡阴影图像信息。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种识别率和准确率高的基于预估校正的多帧气泡流图像处理方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于预估校正的多帧气泡流图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对当前帧气泡阴影图像进行处理，得到当前帧气泡的弧段图像；2)根据已知帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小数据，预估当前帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小；3)根据预估的当前帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小，对弧段图像中的各弧段进行分组匹配；4)采用最小二乘法，对同组弧段进行椭圆拟合，校正弧段图像中各目标气泡的质心和大小；5)将校正后各目标气泡的质心和大小作为已知帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小数据，进入步骤1)，对其他帧气泡阴影图像进行处理，直至完成多帧气泡阴影图像中所有目标气泡的质心和大小的校正。

进一步，所述步骤1)中对当前帧气泡阴影图像进行处理，得到当前帧气泡的弧段图像，具体过程为：1.1)对当前帧气泡阴影图像依次进行滤波和二值化处理，得到当前帧气泡的二值数字图像；1.2)提取二值数字图像中各目标气泡连通区域的边界，得到当前帧气泡的边界图像；1.3)获取边界图像中的边界连接点，并根据获取的边界连接点，将边界分成若干弧段，得到当前帧气泡的弧段图像。

进一步，所述边界连接点为边界上各点曲率的曲率变化极值点。

进一步，当边界连接点的个数为0时，该边界仅包含一个弧段。

进一步，所述步骤2)的具体过程为：2.1)根据相邻两帧气泡阴影图像中各目标气泡的位置，得到各目标气泡的速度；2.2)根据各目标气泡的速度，预估当前帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小。

进一步，所述步骤3)的具体过程为：3.1)根据当前帧气泡阴影图像中各目标气泡的质心和大小，生成各目标气泡的对应预估泡。3.2)将包含在同一预估泡内的弧段划分为同组弧段，每一同组弧段均属于一相应目标气泡。

进一步，对于未匹配到任何弧段的目标气泡，在当前帧气泡阴影图像中的质心和大小采用预估的质心和大小表示。