【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体速度场测量，尤其涉及一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法及系统。
技术介绍
1、粒子图像测速技术(particle image velocimetry，piv)是一种常见的非侵入式定量测速技术，因其全流场、高精度及不对流体运动产生干扰的特点，被广泛的应用于流体速度场测量中；对测量水下鱼类的近体速度、鱼体受的力、近体涡量分布对探究鱼类行为学具有重要的影响，鱼类在水体中运动时的瞬态流场变化是分析鱼类游泳动力形成的关键因素，而piv技术能在不影响鱼类运动的情况下显示瞬态流场整体结构并保证测量的分辨率和精度。
2、然而在水下环境中piv测量面临一些挑战，由于光线和水流的影响，使得鱼类周围的粒子场可能产生较大误差，测量粒子图像中询问区域里鱼体的存在会影响近体速度的估计，从而影响到测量结果的准确性，现有技术中，采用遮罩方法对水下鱼类图像进行形状识别并剔除粒子图像中的鱼体部分，从而减小鱼体对近体速度的影响，然而当前的遮罩方法主要依赖于单一的阈值分割提取鱼体的亮部和暗部，容易出现误分割的情况，无法获取准确的鱼体边缘，难以为后续鱼类近体速度、压力、涡量分布的测量做铺垫。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提出一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法及系统，在图像粒子测速技术计算流场过程中，能准确剔除动态鱼影的干扰，提高粒子图像测速计算速度场的鲁棒性和后续流场分析的准确性。
2、基于以上目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、第一方面，提供一
4、基于鱼影和示踪粒子构建待测流场环境，基于高速相机获取待测流场环境中初始鱼影粒子图像序列；
5、对所述初始鱼影粒子图像序列中的初始鱼影粒子图像进行自适应亮度拉伸处理确定鱼影粒子图像；
6、基于所述鱼影粒子图像基于自适应扩展确定鱼影自适应遮罩区域，基于所述鱼影自适应遮罩区域基于参数更新迭代确定候选模板，基于所述候选模板确定鱼影遮罩图像序列，即鱼影前景目标图像序列；
7、基于所述鱼影前景目标图像序列确定所述鱼影前景目标图像掩膜序列，基于所述鱼影前景目标图像掩膜序列进行形态学处理后基于自适应亮度拉伸确定去鱼影粒子图像；
8、基于互相关法对所述去鱼影粒子图像进行piv计算确定鱼游流场信息。
9、具体地，所述确定鱼影粒子图像具体包括：
10、获取所述初始鱼影粒子图像并转换至色彩空间，基于所述初始鱼影粒子图像的亮度通道灰度均值划分为高频子图和低频子图；
11、获取所述高频子图的像素点灰度信息确定所述高频子图的平均灰度值，获取所述高频子图中像素点的灰度值并基于像素点确定以像素点为中心的局部区域的灰度值的方差和标准差；
12、基于所述局部区域的灰度值的方差和标准差对于所述像素点进行增强处理确定第一高频子图；
13、基于所述初始鱼影粒子图像获取所述低频子图的灰度分量，对于所述灰度分量经过滤波处理后确定最优灰度分量；
14、基于所述低频子图中像素点的灰度信息结合所述最优灰度分量确定灰度增强系数，基于所述低频子图中所有像素点经过灰度增强系数确定第二低频子图；
15、基于所述第一高频子图和所述第二低频子图加权融合后形成第一子图；
16、对于所述初始鱼影粒子图像的饱和度通道进行自适应拉伸处理形成第二子图；基于所述初始鱼影粒子图像的色调通道确定第三子图；
17、基于所述第一子图、第二子图结合所述第三子图加权融合处理后确定鱼影粒子图像。
18、具体地，所述确定鱼影前景目标图像序列具体包括：
19、基于所述鱼影粒子图像确定第一边缘模板，基于所述第一边缘模板结合所述鱼影粒子图像确定初始遮罩区域；
20、基于所述初始遮罩区域内像素点信息确定初始种子点，基于所述初始种子点确定的生长区域向待生长区域完成自适应扩展确定鱼影自适应遮罩区域；
21、基于所述鱼影自适应遮罩区域确定初始鱼影遮罩图像，基于所述初始鱼影遮罩图像提取鱼影的初始位置信息和边缘信息，基于所述鱼影的初始位置信息和边缘信息进行分布统计构建高斯混合模型，记为参考目标模板；
22、基于所述高斯混合模型的均值向量和协方差矩阵确定鱼影特征信息；
23、获取下一帧鱼影粒子图像基于参数估计确定与所述鱼影特征信息最相似的图像信息，记为候选模板；
24、基于确定的所述候选模板进行自适应扩展更新鱼影自适应遮罩区域，获取更新后的鱼影遮罩图像；
25、迭代上述步骤直至获取最后一帧鱼影遮罩图像，确定所述鱼影遮罩图像序列，即鱼影前景目标图像序列。
26、具体地，所述确定鱼影自适应遮罩区域具体包括：
27、基于所述初始遮罩区域的重心确定初始种子点，基于所述初始种子点确定以所述初始种子点为中心的四个相邻区域；
28、基于相邻区域内的像素点的灰度信息确定所述相邻区域的平均灰度，基于所述平均灰度确定各相邻区域的权重因子；
29、基于所述相邻区域的权重因子和所述初始遮罩区域确定所述初始种子点的补偿系数，基于所述补偿系数对于初始种子点进行补偿修正确定最终的初始种子点；
30、基于所述确定的初始种子点确定以所述初始种子点为中心的12邻域内的像素点信息，记为初步待生长点；基于所述初步待生长点和所述初始种子点的灰度信息确定满足预设阈值的初步待生长点，记为初步生长点，基于所述初步生长点和所述初步种子点确定初步生长区域；
31、将所述初步生长区域记为生长区域，所述生长区域包含的像素点记为生长点，在所述初始遮罩区域中将所述生长区域以外的区域记为待生长区域，所述待生长区域包含的像素点记为待生长点；
32、基于所述生长区域内的生长点向所述待生长区域进行自适应扩展，直至所述待生长区域内的待生长点无法满足自适应判断条件时，此时所述生长区域停止生长，确定所述鱼影自适应遮罩区域。
33、具体地，所述自适应扩展具体包括：
34、获取所述生长区域生长点和所述待生长区域待生长点的灰度信息；
35、基于所述生长区域的生长点灰度信息确定生长区域的平均灰度，基于所述生长区域的平均灰度和生长点灰度确定代表灰度；
36、基于所述生长区域的平均灰度确定自适应因子结合所述预设阈值确定自适应阈值；
37、基于所述待生长点确定待生长点12邻域内的灰度均值，基于所述12邻域内的灰度均值与所述生长区域的平均灰度确定第一参数，基于所述待生长点的灰度信息和所述代表灰度确定第二参数；
38、所述第一参数和所述第二参数的差值绝对值小于等于所述自适应阈值时，所述待生长点更新为生长点，所述生长区域覆盖该生长点；
39、重复上述过程直至所述生长区域覆盖所有生长点停止生长。
40、具体地，所述自适应阈值可以表征为其中表征自适应因子，g本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述确定鱼影粒子图像具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述确定鱼影前景目标图像序列具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述确定鱼影自适应遮罩区域具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述自适应扩展具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述自适应阈值可以表征为其中表征自适应因子，G0表征预设阈值，θ表征控制参数，σ表征生长区域内生长点的灰度标准差，V表征生长区域内生长点的灰度平均值。
7.根据权利要求3所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述候选模板的确定方法具体包括：
8.一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理系统，
...【技术特征摘要】
1.一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述确定鱼影粒子图像具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述确定鱼影前景目标图像序列具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种用于粒子图像测速的自适应遮罩处理方法，其特征在于，所述确定鱼影自适应遮罩区域具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种用于粒子图像测速的...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱昱丞，苗小冬，卢小银，郭杰，
申请(专利权)人：合肥中科君达视界技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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