[发明专利]一种实验室提取强分层流体中内孤立波特征的方法

摘要

本发明提供一种实验室提取强分层流体中内孤立波特征的方法，内孤立波特征包括内孤立波的振幅、波形、波速以及内孤立波流场；测定内孤立波的振幅、波形和波速，具体包括如下步骤：按顺序在实验水槽加入下层流体、染色剂和上层流体；生成内孤立波，使用CCD相机进行采样；通过图像处理得到内孤立波振幅、波形和波速；提取内孤立波流场，具体包括以下步骤：按顺序在实验水槽加入下层流体、示踪粒子和已经加入了粒子的上层流体；设置CCD相机和激光器；在CCD相机镜头前安装偏振镜；生成内孤立波，使用CCD相机进行采样；使用MATLAB图像处理得到内孤立波流场。本发明解决了现有的实验室内波测量技术中存在的设备干扰、后期处理工作量大以及分辨率较低等问题。

主权项

1.一种实验室提取强分层流体中内孤立波特征的方法，内孤立波特征包括内孤立波的振幅、波形、波速以及内孤立波流场；其特征在于：(1)测定内孤立波的振幅、波形和波速，具体包括如下步骤：S1：将下层流体加入实验水槽下层；S2：将染色剂加入下层流体中；S3：将上层流体加入实验水槽上层；S4：在实验水槽前方安装并调节CCD相机，使CCD相机能够拍摄到一个完整的内孤立波；S5：对CCD相机进行标定；S6：生成内孤立波，使用CCD相机进行采样；S7：对CCD相机采样得到的原始图像通过图像处理得到内孤立波振幅、波形和波速；S71：根据原始图像中每个像素点的饱和度，对原始图像进行灰度化处理，得到灰度直方图；S72：根据灰度直方图确定的分割阈值，对原始图像进行全局阈值分割；根据如下公式确定灰度直方图中用于表示前景和背景的双峰的峰值位置：Peak₁＝arg_kmax{historgam_I(k)}Peak₂＝arg_kmax{(k‑Peak₁)²·historgam_I(k)}其中，Peak₁指对应前景的第一个峰值的位置，Peak₂指对应背景的第二个峰值的位置，historgam(k)指第k个灰度直方图的值，arg_kmax指返回最大值位置；选择双峰之间的波谷对应的灰度值作为全局阈值T，对前景和背景进行分割提取前景和背景，其公式为：其中，f(x,y)表示原始图像各像素点的灰度值，h(x,y)为分割后的图像，T为全局阈值；S73：对灰度化和阈值分割后的图像h(x,y)进行一次形态学闭运算，得到填充了背景中的空白并去除了杂色的最终的图像，再根据标定的物理尺寸和图像中像素坐标间的换算关系，将最终的图像中的像素值换为物理尺寸，得到内孤立波的波形，进一步得到振幅和波速；(2)提取内孤立波流场，具体包括以下步骤：S1：将下层流体加入实验水槽下层；S2：将示踪粒子加入下层流体中；S3：待示踪粒子与下层流体充分混合后，将已经加入了粒子的上层流体加入实验水槽上层；S4：在实验水槽前方安装并调节CCD相机，使CCD相机能够拍摄到一个完整的内孤立波；S5：对CCD相机进行标定；S6：在实验水槽上方设置激光器，并调节激光器的激光面与实验水槽平行；S7：在CCD相机镜头前安装偏振镜，调节CCD相机参数和激光器亮度；S8：生成内孤立波，使用CCD相机进行采样；S9：对CCD相机采样得到的原始图像使用MATLAB下的开源工具箱进行图像处理，得到内孤立波流场。