本發(fā)明涉及了一種計算流場的方法，特別是用于流場中目標粒子濃度比較少的情況下，進行目標粒子跟蹤,從而獲取大范圍表面流場的測量方法。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及了一種計算流場的方法，特別是用于流場中目標粒子濃度比較少的情況下，進行目標粒子跟蹤,從而獲取大范圍表面流場的測量方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請的發(fā)明目的在于提供一種流場中目標粒子濃度比較少的情況下，大范圍表面流場測量方法，利用目標粒子提取，并進行匹配跟蹤的方法，獲取大范圍表面流場。

為了完成本申請的發(fā)明目的，本申請采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的表面流場的計算方法，其中：它包括以下步驟：

1)在待測量區(qū)域的表面流場內(nèi)，選取至少3個固定點,用測量設(shè)備獲得上述至少3個固定點的世界坐標；

2)安置一臺相機，使相機視野范圍覆蓋待測量區(qū)域的表面流場，相機對準待測量區(qū)域的表面流場進行拍攝，提取在世界坐標系下的上述至少3個固定點的坐標，和相機所拍攝圖像中的上述至少3個固定點的圖像坐標，

3)選出所有固定點的世界坐標X，Y的最小值Xmin，Ymin，以（Xmin，Ymin）點為新世界坐標系的原點位置，新世界坐標系X”、Y”軸方向與世界坐標系X、Y軸方向一致，建立新世界坐標系，并且在此基礎(chǔ)上，對世界坐標系進行縮小倍數(shù)B，則可以得到新世界坐標系下的所有固定點坐標為

X”=(X-Xmin)/B

Y”=(Y-Ymin)/B；

4)根據(jù)相機固定點在新世界坐標系下的坐標和相機固定點在拍攝圖像上的坐標，構(gòu)建出相機固定點的新世界坐標和固定點在拍攝圖像坐標的映射關(guān)系；固定點的新世界坐標為：…，固定點的拍攝圖像坐標為：…

建立下列關(guān)系式：

計算得出式中的K值，

以新世界坐標系中的至少3個固定點為基點，根據(jù)下列公式，分別計算出相機拍攝圖像中每個點所對應(yīng)的新世界坐標系下的坐標(X”,Y”)

即通過計算得出X”,Y”坐標；

計算在世界坐標下任意兩個固定點之間的距離L1，和該相機的在新世界坐標系下的上述兩個固定點之間的距離L1”,得到像素的空間分辨率= L1/ L1”；

5)在待測量區(qū)域的表面流場內(nèi)撒若干個示蹤粒子，使示蹤粒子漂浮在水面，每個示蹤粒子在圖像中成像的大小為2*2至3*3個像素，并且在5*5像素的區(qū)域范圍內(nèi)只有1個示蹤粒子，上述示蹤粒子為相機后續(xù)連續(xù)拍攝的目標區(qū)域；

6)在待測量區(qū)域的表面流場內(nèi)，相機對準上述示蹤粒子的目標區(qū)域進行連續(xù)拍攝，標注出各個圖像的序列，通過所拍攝的圖像坐標，根據(jù)下列公式，分別計算出相機所拍攝圖像中每個點所對應(yīng)的新世界坐標下的坐標(X”,Y”)

即通過計算得出新世界坐標系下的X”,Y”坐標，得到相機所拍攝的校正圖像；

7)根據(jù)上述相機校正的圖像，在相鄰時間的兩個校正圖像中，以最大相似的原則，對每個示蹤粒子進行匹配，根據(jù)相鄰時間的兩個校正圖像中所有粒子的匹配結(jié)果，得到每個示蹤粒子的像素的二維位移；

8)根據(jù)得到的像素空間分辨率，每個示蹤粒子的空間速度=每個示蹤粒子的像素的二維位移*像素的空間分辨率/兩幀圖像的時間間隔；

9)重復(fù)步驟7）和步驟8），得到所有相鄰兩個校正圖像中所有示蹤粒子的空間速度，從而獲得表面流場。

本發(fā)明的表面流場的計算方法，其中：所述固定點為3-8個點；

本發(fā)明的表面流場的計算方法，其中：所述的B為>0的數(shù)。

本發(fā)明的表面流場的計算方法適用于粒子濃度不高的時候，解決了現(xiàn)有額粒子跟蹤測速測量誤差較大的問題，它可以進行大范圍表面流場測量。

附圖說明

圖1為測量區(qū)域和相機示意圖；

圖2為相機所拍攝的固定點的示意圖；

圖3為由圖2經(jīng)過校正后的在新世界坐標系下的示意圖；

圖4是相機所拍攝的示蹤粒子圖像，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，成為新世界坐標系下的相鄰兩個圖像的疊加；

圖5為圖4匹配后的狀態(tài)。在圖4和圖5中黑色示蹤粒子為相鄰圖像中的前一楨的示蹤粒子，灰色示蹤粒子為相鄰圖像中的后一楨的示蹤粒子

在圖1至圖4中，標號1為相機；標號2為固定點；標號3為示蹤粒子。

具體實施方式

本發(fā)明的一種表面流場的計算方法包括以下步驟：

1)如圖1所示，在待測量區(qū)域的表面流場內(nèi)，選取4個固定點2,用測量設(shè)備獲得4個固定點的世界坐標，圖1至圖3中，將固定點2畫得很大是為了清楚起見，實際上只是一個坐標點；

2)安置一臺相機1，使相機1視野范圍覆蓋待測量區(qū)域的表面流場，相機1對準待測量區(qū)域的表面流場進行拍攝，提取在世界坐標系下的4個固定點2的坐標，和圖2所示的相機所拍攝圖像中的4個固定點2的圖像坐標，

3)選出所有固定點2的世界坐標X，Y的最小值Xmin，Ymin，以（Xmin，Ymin）點為新世界坐標系的原點位置，新世界坐標系X”、Y”軸方向與世界坐標系X、Y軸方向一致，建立新世界坐標系，并且在此基礎(chǔ)上，對世界坐標系進行縮小倍數(shù)B，則可以得到新世界坐標系下的所有固定點坐標為

X”=(X-Xmin)/B

Y”=(Y-Ymin)/B，B為>0的數(shù)；

4)根據(jù)相機固定點2在新世界坐標系下的坐標和相機固定點在拍攝圖像上的坐標，構(gòu)建出相機固定點的新世界坐標和固定點在拍攝圖像坐標的映射關(guān)系；固定點的新世界坐標為：…，固定點的拍攝圖像坐標為：…

建立下列關(guān)系式：

計算得出式中的K值，

以新世界坐標系中的4個固定點為基點，根據(jù)下列公式，計算出相機拍攝圖像中每個點所對應(yīng)的新世界坐標系下的坐標(X”,Y”)

即通過計算得出X”,Y”坐標，得到圖3,；

計算在世界坐標下任意兩個固定點之間的距離L1，和該相機的在新世界坐標系下的上述兩個固定點之間的距離L1”,得到像素的空間分辨率= L1/ L1”；

5)在待測量區(qū)域的表面流場內(nèi)撒若干個示蹤粒子3，使示蹤粒子3漂浮在水面，每個示蹤粒子在圖像中成像的大小為2*2至3*3個像素，并且在5*5像素的區(qū)域范圍內(nèi)只有1個示蹤粒子3，上述示蹤粒子3為相機1后續(xù)連續(xù)拍攝的目標區(qū)域；

6)在待測量區(qū)域的表面流場內(nèi)，相機1對準上述示蹤粒子3的目標區(qū)域進行連續(xù)拍攝，標注出各個圖像的序列，通過所拍攝的圖像坐標，根據(jù)下列公式，分別計算出相機所拍攝圖像中每個點所對應(yīng)的新世界坐標下的坐標(X”,Y”)

即通過計算得出新世界坐標系下的X”,Y”坐標，得到相機所拍攝的校正圖像；

7)根據(jù)上述相機校正的圖像，如圖4所示，在相鄰時間的兩個校正圖像中，以最大相似的原則，對每個示蹤粒子進行匹配，根據(jù)相鄰時間的兩個校正圖像中所有粒子的匹配結(jié)果，得到每個示蹤粒子的像素的二維位移，圖5所示；

8)根據(jù)得到的像素空間分辨率，每個示蹤粒子的空間速度=每個示蹤粒子的像素的二維位移*像素的空間分辨率/兩幀圖像的時間間隔；

9)重復(fù)步驟7）和步驟8），得到所有相鄰兩個校正圖像中所有示蹤粒子的空間速度，從而獲得表面流場。

以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。