[发明专利]一种基于MATLAB图像处理非接触式叶片风振测量方法

权利要求书

1.一种基于MATLAB图像处理非接触式叶片风振测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、获取叶片风振视频，使用相机对叶片风速下气动振动进行视频采集；

S2、通过MATLAB获取风振视频的帧率、总帧数，依次对视频的每一帧图像进行处理；

S3、获得叶片上荧光靶标位置坐标，通过临近两帧的位置坐标(x_k，y_k)和时间t，求算叶片在来流方向和竖直方向上的气动响应速度v_xk、v_yk，并绘制叶片响应速度的时域图；所述步骤S3具体为：

S3.1、获取荧光靶标位置坐标，使用函数regionprops可度量图像中某个区域属性，包括某个区域像素总数和区域重心坐标参数；

S3.2、求算荧光靶标振动速度，当处理第一帧图像时记录第一帧图像中荧光区域的重心坐标为(x₀，y₀)，依次处理可得到每一帧的图像的荧光区域重心坐标为(x_k，y_k)，各方向速度分量所对应的时间为T_k＝kt，通以下公式分别求得叶片来流方向和竖直方向上的振动速度：

叶片风振总速度为：

叶片风振速度所对应的时间为T_k＝kt，程序结束后绘制时间T_k与v_xk和v_yk的时域曲线图；

S4、对每一帧图像进行灰度变换、二值变换、去除不重要区域和边缘检测，获取叶片顶端A点和叶柄端B点，求线段AB与水平线之间的夹角，并绘制叶片角度的时域曲线图，步骤S4具体为：

所述步骤S4具体为：

S4.1、将图像转换为灰度图像，然后再将灰度图像转换为二值图像；

S4.2、使用函数bwareaopen移除二值图像中面积小的部分，包括荧光靶标区域，减少对图像分析的干扰；

S4.3、使用函数edge进行边缘检测；

S4.4、寻找叶片顶端A点和叶片与叶柄连接点B点，利用函数find返回所需要元素所在位置，搜寻顺序为自左向右，自上而下，通过函数find可寻找最右端像素为1的像素点的坐标，从而搜寻到叶片最右端边缘点的坐标；再使用函数sum对图像的行向量进行求和，由于图像为二值图像，求和数值即为该行白色像素点个数，当像素点数超过两个或者三个时，所得到位置为叶片与叶柄连接点B点的纵坐标，然后使用函数sum对B点纵坐标以上所在的列向量进行相加，同理像素数大于两个或三个的位置为B点横坐标，通过以上方法使用sum函数可求得叶柄与叶片连接点B点；

S4.5、连接线段AB，求算线段AB与水平线之间的夹角，即为叶片瞬时振动角度θ_k，使k＝k+1,通过循环函数依次处理该视频的每帧图像；

S4.6、使用函数plot()绘制时间T_k与角度θ_k的时域曲线图。

2.根据权利要求1所述基于MATLAB图像处理非接触式叶片风振测量方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S1.1、将叶片表面布置在迎流方向，叶片下表面布置荧光靶标，沿着拍摄方向在叶片后面设定距离放置白色背景板；

S1.2、使用数码摄像机，所选帧率为125fps以上，将数码摄像机水平布置在叶片侧面，即与气流方向垂直或与叶片振动方向垂直。

3.根据权利要求2所述基于MATLAB图像处理非接触式叶片风振测量方法，其特征在于，所述数码摄像机在每隔6s的时间，将拍摄的视频记录保存。

4.根据权利要求1所述基于MATLAB图像处理非接触式叶片风振测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

首先利用MATLAB读取视频文件，获取视频相应参数，包括帧率FPS和总帧数N；

定义变量k＝0并求算两帧图片的时间间隔为t＝1000ms/(FPS-1),其中1000ms＝1s；

将k值赋予f，f＝0为第一帧图像并判断f＝N，通过此判断函数依次处理整个视频的每帧图像直到最后一帧图像。

5.根据权利要求1所述基于MATLAB图像处理非接触式叶片风振测量方法，其特征在于，步骤S3.1具体为：

具体使用为STATS＝regionprops(L,Centroid)，求得荧光靶标区域的重心坐标。