[发明专利]一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统

权利要求书

1.一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，包括测量系统，其特征在于：所述测量系统包括有鱼卵运动测量系统、流场同步测量试验系统和图像处理系统，所述测量系统由高精度变坡水槽、激光发射器、高速CCD相机、尼康高清镜头、水位计、同步器和PIV流场计算程序组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述高精度变坡水槽全长28米、高0.7米、宽0.56米，且所述高精度变坡水槽采用高强度槽身结构，其边界具有可调性，整体精度达到了0.2mm，所述高精度变坡水槽的底部铰接有底部支撑座，所述底部支撑座的内壁上螺纹连接有螺纹杆，所述螺纹杆的底部固定连接有电机，所述高精度变坡水槽调节范围为－0.1％～0.7％，坡度调节速度为5.5mm/min。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述激光发射器为半导体连续激光发射器，所述半导体连续激光发射器的功率为8W，激光波长为532nm，片光源厚度为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述高速CCD相机的最高分辨率为2560×1920pixels，满幅帧频为800Hz，相机内存为4.8G，采集的图像为8位BMP格式，相机与电脑采用以太网构建的局域网进行通信，实现图像数据传输。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述水位计的数量为7个，所述水位计的水位计探头均选用瑞士堡盟超声传感器，选用三芯铜芯屏蔽线进行紧密数据传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述鱼卵运动测量系统需对鱼卵粒子进行测速，所述鱼卵粒子测速方法采用PTV粒子追踪测速技术进行，通过MATLAB程序进行编写，当鱼卵粒子运动到相机视野区域时进行拍照，拍摄频率可根据水流工况进行调节，一般为200帧每秒，鱼卵识别方法采用数字掩模法，根据目标粒子的灰度值作为判别标准。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述流场同步测量试验系统需进行流场同步测量试验，所述流场同步测量试验采用与鱼卵识别相同的方法，利用灰度二值化法将原始图像转化为黑白图，水体中示踪粒子在激光的照射下会呈现白色，其余区域为黑色，将前后两张照片的白色示踪粒子进行首尾连接，对未识别出的区域进行插值，获取全部区域的流场图。

8.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述图像处理系统包括有鱼卵颗粒轨迹追踪方法和流场特征获取方法，所述鱼卵颗粒轨迹追踪方法的具体方法为：将图像进行二值化处理，模型鱼卵采用深紫色材料进行染色，选择适当的阈值对图像所有区域进行识别和判定，将所有灰度值介于阈值的像素点设定为鱼卵粒子，其他则设定为背景，读取所有识别出的鱼卵粒子坐标，对所有周边坐标点的像素进行判读，将周边像素点的直径与鱼卵粒径阈值进行比较，若鱼卵像素直径介于阈值则判定为鱼卵，对所有识别出的鱼卵，计算其中心点坐标，再根据匹配概率算法在所有可能的鱼卵粒子中，获得相对每颗鱼卵粒子匹配概率最高的粒子，对所有照片进行连续匹配，得到每一颗鱼卵粒子的位置坐标及沿水流方向的纵向速度和垂直于水流方向向下的垂向速度，将每张照片中同一鱼卵粒子的中心点坐标相连，画出鱼卵运动轨迹图。

9.根据权利要求8所述的一种基于图像处理的鱼卵运动与流场同步测量试验系统，其特征在于：所述流场特征获取的具体方法为：水体中所混合的示踪粒子被激光照亮，通过对所有照片的示踪粒子的处理，获得瞬时流场图以及流场各点的位置坐标和纵向流速、垂直水流方向的垂向流速，将鱼卵流速与水流流速进行比较，获得鱼卵跟随性特征。