非接触式河流表面流场成像量测方法

摘要

本发明公开了一种非接触式河流表面流场成像量测方法，属于明渠测流技术领域。所述方法首先通过在图像传感器前加装近红外滤光片实现近红外成像，增强水流示踪物与水面背景间的亮度对比；其次对图像进行空域高通滤波，抑制水面光学噪声；然后采用快速傅立叶互相关算法进行运动矢量估计，得到各分析区域的位移矢量；接下来采用一种基于时空联合滤波的方法重建时间平均流场；最后采用直接线性变换方法对流速矢量进行正射校正，实现流场定标及可视化。本发明能够稳定、可靠地用于复杂水面光学环境下的河流表面流场量测。

主权项

1.一种非接触式河流表面流场成像量测方法，分为图像采集、图像处理、流场定标及流场可视化四个步骤, 其特征在于：图像采集和图像处理在以图像处理专用DSP为核心的智能相机上完成，仅上传时间平均流场信息及序列的首帧图像；流场定标及流场可视化在上位机上完成，其中，图像处理步骤可分为图像增强、运动矢量估计和时间平均流场重建三项任务;所述的图像采集步骤通过在智能相机的单色CMOS图像传感器前加装近红外滤光片实现近红外成像，增强水流示踪物与水面背景间的亮度对比;所述的图像增强任务采用空域高通滤波的方法抑制水面光学噪声;滤波采用如下7×7的卷积模板：，所述的运动矢量估计任务采用快速傅立叶变换互相关算法（FFT-CC）计算各分析区域的位移矢量;所述的时间平均流场重建任务采用一种基于时空联合滤波的方法重建时间平均流场;首先以矢量角度的全局统计为依据识别错误矢量，然后对瞬时位移场进行时间轴滤波更新时间平均位移场，最后采用空域中值滤波修正、平滑时间平均流场；所述的流场定标步骤采用直接线性变换（DLT）的方法对时间平均流场中的位移矢量进行透视畸变校正并从图像坐标变换为世界坐标;1）不对所有图像中的每个像素进行坐标变换，仅完成首帧图像的透视畸变校正及位移矢量单位从像素到米的变换;2）计算DLT系数时采用一种人机交互的地面控制点（GCP）坐标提取方法：当智能相机上传首帧图像后用户手动选取目标点，然后系统在目标点的邻域内自动检测GCP的中心角点并拟合得到亚像素图像坐标;所述的流场可视化步骤首先采用线性插值的方法对流场进行网格化处理，然后采用三线法绘制矢量箭头。