[发明专利]速度、速度场测量方法、系统、设备、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种速度、速度场测量方法、系统、设备、装置及存储介质。速度测量方法包括：将单粒子图像输入经训练的神经网络模型，得到预测结果图像；单粒子图像与预测结果图像均仅包含一个粒子；预测结果图像中粒子的像素位置为单粒子图像中粒子的预测位置；单粒子图像中的粒子用于表征二维流场测量区域中的一个粒子；经训练的神经网络模型为：以粒子图像对中的前一帧粒子图像为输入，以后一帧粒子图像为输出的真值，训练得到的神经网络模型；粒子图像对由跨帧相机对二维流场测量区域中的示踪粒子进行拍摄得到；根据单粒子图像和预测结果图像中粒子的像素位置，确定单粒子图像中粒子的像素位置的预测速度。本发明实现了像素级的速度测量。

技术领域

本发明涉及速度测量领域，特别是涉及一种速度测量方法、系统、设备、装置及存储有上述速度测量方法的存储介质，以及一种速度场测量方法及系统。

背景技术

粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术是一种非接触流动速度场光学测量技术，该技术通过追踪由激光相机系统捕获的两帧粒子图上的粒子微团(简称粒子)的跨帧位移，实现流场运动速度的测量。PIV技术为了匹配前后两帧图像上粒子微团，采用互相关算法计算前后两帧图像内一定窗口内粒子分布的相似性：将前一帧图像上的一个窗口中的粒子分布，与第二帧图像上所有窗口内的粒子分布分别进行互相关计算，选取互相关最大的窗口，通过计算两个窗口位置的空间距离来表征窗口内粒子的速度信息。

然而，上述方法存在一定的问题，即每个窗口只能获得一个速度矢量作为窗口内所有粒子的平均速度。一般而言，窗口的大小取决于图像分辨率和跨帧时间，一般为16*16或32*32，即16或32个像素只能计算得到一个速度矢量。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种像素级的速度测量方法、系统、设备、装置及存储有上述速度测量方法的存储介质，以及一种像素级的速度场测量方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明第一方面提供了一种速度测量方法，包括：

将单粒子图像输入经训练的神经网络模型，得到预测结果图像；所述单粒子图像仅包含一个粒子；所述预测结果图像仅包含一个粒子；所述预测结果图像中粒子的像素位置，为所述单粒子图像中的粒子的预测位置；其中，所述单粒子图像中的粒子用于表征二维流场测量区域中的一个粒子；所述经训练的神经网络模型为：以粒子图像对中的第一帧粒子图像为输入，以所述粒子图像对中的第二帧粒子图像为输出的真值，训练得到的神经网络模型；其中，所述粒子图像对由跨帧相机对所述二维流场测量区域进行拍摄得到，所述二维流场测量区域中混有示踪粒子；所述第一帧粒子图像为所述第二帧粒子图像的前一帧图像；

根据所述单粒子图像和所述预测结果图像中粒子的像素位置，确定所述单粒子图像中粒子的像素位置的预测速度。

本发明第二方面提供了一种速度场测量方法，包括：

针对多帧单粒子图像，采用第一方面提供的速度测量方法确定各帧单粒子图像中粒子的像素位置的预测速度；其中，不同单粒子图像中粒子的像素位置不同；

根据各像素位置的预测速度，确定二维流场测量区域的速度场。

本发明第三方面提供了一种速度测量系统，包括：

粒子位置预测模块，用于将单粒子图像输入经训练的神经网络模型，得到预测结果图像；所述单粒子图像仅包含一个粒子；所述预测结果图像仅包含一个粒子；所述预测结果图像中粒子的像素位置，为所述单粒子图像中的粒子的预测位置；其中，所述单粒子图像中的粒子用于表征二维流场测量区域中的一个粒子；所述经训练的神经网络模型为：以粒子图像对中的第一帧粒子图像为输入，以所述粒子图像对中的第二帧粒子图像为输出的真值，训练得到的神经网络模型；其中，所述粒子图像对由跨帧相机对所述二维流场测量区域进行拍摄得到，所述二维流场测量区域中混有示踪粒子；所述第一帧粒子图像为所述第二帧粒子图像的前一帧图像；