[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

说明书

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。

技术领域

本发明属于图像采集与处理系统领域，更具体地，涉及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。

背景技术

在高速流场的研究中，粒子图像测速作为一种测试手段，具有高精度、瞬态、无接触、全场测量等特点，被广泛运用于高速流场的测量。一般的粒子图像测速系统，由粒子生成与投射系统、激光照明系统、图像采集系统和粒子图像处理系统组成，在粒子图像处理系统中，多采用PC进行图像处理算法。由于超高速流场的速度随时间不断变化的特性，PC在处理流场图像上，速度不够快，也无法实现实时处理与控制，且高性能的PC机携带起来并不方便，无法适用于多种检测场合。

目前在粒子图像测速的图像处理中，多采用光流法与互相关算法。互相关算法基本原理是通过计算相邻图像对的对应位置处的两个微小图像区域(查询窗口)的互相关函数，通过对互相关结果的分析，得到图像查询窗口中各粒子的平均位移，因为相邻两幅图片的时间间隔已知，可以求出粒子的实际速度矢量，该互相关算法利用FFT(快速傅里叶变换)，匹配时由于选定的模板，可能导致精度不够高的问题；此外，在目前粒子图像测速中的图像采集系统上所使用的相机曝光时间固定，而针对于高速流场的测量，需要帧率很高的相机，成本较高，对于速度实时变化的流场，固定曝光时间会影响流场测量的准确度。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的粒子图像测速处理系统及图像处理方法做出进一步的改进，以获得检测方便、检测精度高、准确度高的粒子图像测速处理系统及处理方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种图像采集与处理系统及方法，其中结合粒子图像采集特点，相应设计了基于粒子图像测速的嵌入式图像采集与处理系统及方法，其通过改进的算法与硬件平台结合，提高了互相关峰值检测的准确度，提高了流场速度测量的精度，并将通过图像采集时间间隔控制相机的曝光，有效地解决了高速非定常流场，速度测量不准确的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了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。