[发明专利]基于粒子图像测速的嵌入式图像采集与处理系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于粒子图像测速的嵌入式图像采集与处理系统及方法，该系统包括分光相机和嵌入式图像采集处理模块，分光相机中的两个CCD相机分时曝光采集粒子图像，并将粒子图像传输到图像采集处理板卡中；嵌入式图像采集处理模块包括图像预处理子模块和图像采集时间预测子模块，其中图像预处理子模块完成图像预处理，图像采集时间预测子模块基于FFT的改进的互相关算法完成粒子流场测速的互相关算法计算，并对速度场进行预测然后计算图像采集时间间隔，并将时间间隔发送至分光相机中以实现所述两个CCD相机的曝光时间间隔的控制。本发明能够提高互相关峰值的精确度，提高计算精度，性能高，便于携带，适合各种场合的粒子流场测速。

主权项

1.一种基于粒子图像测速的嵌入式图像采集与处理系统，其特征在于，包括分光相机和嵌入式图像采集处理模块，其中：该分光相机包括依次设置的镜头、滤光片、半反射棱镜和两个CCD相机，该分光相机通过所述半反射棱镜调节光路，将一束光分成两路供所述CCD相机使用，所述CCD相机分时曝光采集粒子图像，并将采集的粒子图像传送至所述嵌入式图像采集处理模块中；该嵌入式图像采集处理模块包括图像预处理子模块和图像采集时间预测子模块，其中，所述图像预处理子模块用于完成所述粒子图像的预处理，并将预处理后的粒子图像发送至所述图像采集时间预测子模块中；所述图像采集时间预测子模块用于进行基于FFT的改进的互相关算法计算所述预处理后的粒子图像当前时刻的速度场，并对下一时刻的速度场进行预测，然后计算出预测速度场下的图像采集时间间隔，并将时间间隔信号发送至所述分光相机中以实现所述两个CCD相机曝光时间间隔的控制；所述基于FFT的改进的互相关算法计算所述预处理后的粒子图像当前时刻的速度场具体为：分别对当前时刻和下一时刻采集的粒子图像的查询窗口进行快速傅里叶变换，得到两个查询窗口的频域函数，并计算当前时刻查询窗口频域函数与下一时刻查询窗口频域函数的共轭的乘积；采用零填充矩阵的方式对该乘积做2倍上采样，再进行傅里叶反变换，得到互相关峰值位置(x₀,y₀)，并获得窗口峰值位置再以该窗口峰值位置为中心获取当前时刻和下一时刻采集的粒子图像中的1.5×1.5邻域内的像素窗口M；分别对当前时刻和下一时刻两幅图像中的像素窗口M求傅里叶变换，得到两个窗口M的频域函数，并计算当前时刻窗口M的频域函数和下一时刻窗口M的频域函数的共轭的乘积；采用零填充的方式对该乘积做k倍上采样，再进行傅里叶反变换，得到互相关峰值位置(x₁,y₁)；根据所述(x₀,y₀)与(x₁,y₁)求得精定位位置：根据所述精定位位置求得当前时刻速度场。