[发明专利]一种高速风洞动态油流图谱图像处理方法

权利要求书

1.一种高速风洞动态油流图谱图像处理方法，其特征在于，所述方法为利用带方向约束的光流法进行高速风洞动态油流图谱图像处理，包括如下步骤：

S1，滑动窗口求取平均图；

S2，提取所述平均图的方向图；

S3，生成稳定方向图；

S4，基于所述稳定方向图作为约束的光流法计算相邻帧流场的速度矢量；

S5，利用所述速度矢量计算出流线图和涡量图，并绘制粒子动画；

步骤S1中滑动窗口求取平均图的方法为：设置半径为k的滑动窗口，对每2k+1幅图像计算平均图I_m；

步骤S2包括如下子步骤：

S21，对平均图I_m进行Contextual滤波，完成图像增强；

S22，使用sobel算子计算图像增强后的平均图I_m的图像梯度，得到每个像素点的点方向，然后统计该像素点固定窗口邻域中的所有点方向得到该像素点的块方向，所有像素点的块方向即为所述平均图I_m的方向图；

步骤S3中生成稳定方向图的方法为：对于每个像素点，将在时序上的块方向中值作为该像素点的方向，并将该方向采用范围为[-π/2，π/2]的弧度表示，得到稳定方向图。

2.根据权利要求1所述的高速风洞动态油流图谱图像处理方法，其特征在于，步骤S4包括如下子步骤：

S41，对相邻帧图像进行亮度均衡化；

S42，再对相邻帧图像进行高斯低通滤波；

S43，使用稳定方向图作为约束的光流法计算相邻帧流场的速度矢量；

S44，将所述速度矢量作为输入，利用Liu-Shen算法迭代细调；

S45，对迭代细调后的速度矢量进行异常处理；

S46，对异常处理后的速度矢量进行中值计算，得到稳定的相邻帧流场的速度矢量。

3.根据权利要求2所述的高速风洞动态油流图谱图像处理方法，其特征在于，步骤S43包括如下子步骤：

S431，基于稳定方向图，对于相邻帧图像上每个像素点的方向用角度θ(x,y)表示，建立方向约束方程：

；

S432，根据光流基本约束方程、速度平滑约束方程和所述方向约束方程，对所有像素建立新的极小化方程为：

；

其中，ε(u,v)是极小化问题的总误差，λ和ω是加权系数；

所述光流基本约束方程为：I_xu+I_yv+I_t=0；一个像素点在当前帧的光强度为I(x,y,t)，(x,y)代表图像坐标，t为时间；

所述速度平滑约束方程为：；和分别是速度矢量u,v在邻域中的平均值；

S433，为使极小化问题的总误差ε(u,v)最小，则ε分别对u,v求偏导，并令偏导数等于零，得到如下两个方程：

S434，将以上两个方程联立得到速度矢量u,v表达式：

其中，

S435，采用迭代法求解速度矢量u,v表达式，得到速度矢量u,v：

其中，n表示迭代次数；

初始化令u⁽⁰⁾=0，v⁽⁰⁾=0，当|u⁽ⁿ⁾-u^(n-1)|≤ε₁，|v⁽ⁿ⁾-v^(n-1)|≤ε₂时，迭代停止，u⁽ⁿ⁾,v⁽ⁿ⁾为所求速度矢量u,v。