[发明专利]识别气液界面位置的方法

权利要求书

1.一种识别气液界面位置的方法，适用于气液界面两侧均有示踪粒子存在的情况，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤S1：分别在气体和液体中播撒示踪粒子，然后设置片光源进行照明；

步骤S2：在气液界面的两侧各使用高速相机拍摄示踪粒子图像，并对位于界面两侧的相机各自进行标定；

步骤S3：识别拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的初始时刻界面位置；

步骤S4：对拍摄界面以上区域的相机所得到的同时刻的图像进行预处理；

步骤S5：识别随后各帧图像中的气液界面位置；

步骤S6：对气液界面位置进行时间-空间平滑操作以得到拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的气液界面位置；

步骤S7：根据拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的气液界面位置得到拍摄界面以下区域的相机所得到的图像中的气液界面位置；

所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：若气体运动速度远大于液体运动速度，每个像素的亮度取多张图片中相应位置亮度的最小者；否则跳过本步骤；

步骤S32：对图片进行灰度形态学开操作若干次；

步骤S33：设置亮度阈值识别液体中的粒子，得到二值图像；

步骤S34：对二值图像进行开操作若干次，再进行闭操作若干次；

步骤S35：根据图像中的界面高度设置高度数值y0，使界面的高度位置在高度为该数值的直线以下，高度在y0以上的部分设置为0；

步骤S36：记录二值图像中每列像素的所有非零值中高度最高的位置，若某列没有非零值存在，则记录该列最后一个像素的位置，得到一个序列；

步骤S37：对序列进行中值滤波和高斯滤波处理，得到界面的位置；

步骤S39：设置偏置量，然后根据偏置量向上移动初始界面位置；

所述步骤S5具体包括以下步骤：

步骤S51：对于预处理得到的图像，设置亮度阈值识别液体中的粒子以得到二值图像；

步骤S52：对二值图像进行开操作若干次，再进行闭操作若干次；

步骤S53：将前一帧图像的界面向上平移15像素作为分界线，分界线以上区域二值图像数值设置为0；

步骤S54：记录二值图像中每列像素的所有非零值中高度最高的位置，若某列没有非零值存在，则记录该列最后一个像素的位置和前一帧界面相同位置的较小值，从而得到一个序列；

步骤S55：对序列进行中值滤波和高斯滤波得到界面的位置；

步骤S56：根据偏置量向上移动界面的位置；

所述步骤S6具体包括以下步骤：

步骤S61：相隔数帧计算每两帧之间界面位置的互相关值；

步骤S62：将多个互相关值相加后寻找峰值位置；

步骤S63：针对所有可计算的时刻重复步骤S61和步骤S62，得到界面速度的时间序列；

步骤S64：基于得到的界面速度的时间序列对界面位置做锁相平均计算；

步骤S65：对所有时刻的边界位置做时间-空间平滑操作，得到平滑后的边界位置时间-空间序列；

当相机采用等时间间距曝光方式时，所述步骤S64具体为：

记t0时刻的界面位置为s(x，t0)，其中s表示界面高度，x表示界面的横坐标序列，表示矢量，界面位置s(x，t0)即表示在t0时刻x中某点x0所在列的界面高度在s中对应的分量；记步骤S61中计算互相关值的时间间隔为△t，经过平滑后得到t0时刻界面在△t内移动距离为△x(t0)；然后记N为时间-空间平滑半径，计算s(x-NΔx(t0)，t0-NΔt)，s(x-(N-1)Δx(t0)，t0–(N-1)Δt)，…，s(x,t0)，s(x+(N-1)Δx(t0)，t0+(N-1)Δt)，…s(x+NΔx(t0)，t0+NΔt)在xe上的平均值s1(xe，t0)，其中xe表示将x向两侧延伸后得到的新横坐标序列；

当相机采用双帧曝光方式时，所述步骤S64具体为：

双帧之间时间间隔为Δt，双帧曝光周期为ΔT，则t0时刻界面在△t内移动距离为△x(t0)，在ΔT内移动距离为△X(t0)＝△x(t0)*ΔT/Δt，对于双帧曝光的第一帧，计算s(x-NΔX(t0)，t0-NΔT)，s(x-(N-1)ΔX(t0)，t0–(N-1)ΔT)，…，s(x，t0)，s(x+(N-1)ΔX(t0)，t0+(N-1)ΔT)，…，s(x+NΔX(t0)，t0+NΔT)，s(x-NΔX(t0)+△x(t0)，t0–NΔT+Δt)，s(x-(N-1)ΔX(t0)+△x(t0)，t0–(N-1)ΔT+Δt)，…，s(x+△x(t0)，t0+Δt)，s(x+(N-1)ΔX(t0)+△x(t0)，t0+(N-1)ΔT+Δt)，…，s(x+NΔX(t0)+△x(t0)，t0+NΔT+Δt)的平均值，对于双帧曝光的第二帧，计算s(x-NΔX(t0)，t0-NΔT)，s(x-(N-1)ΔX(t0)，t0–(N-1)ΔT)，…，s(x，t0)，s(x+(N-1)ΔX(t0)，t0+(N-1)ΔT)，…，s(x+NΔX(t0)，t0+NΔT)，s(x-NΔX(t0)+△x(t0)，t0–NΔT-Δt)，s(x-(N-1)ΔX(t0)+△x(t0)，t0–(N-1)ΔT-Δt)，…，s(x+△x(t0)，t0-Δt)，s(x+(N-1)ΔX(t0)+△x(t0)，t0+(N-1)ΔT-Δt)，…，s(x+NΔX(t0)+△x(t0)，t0+NΔT-Δt)的平均值。