[发明专利]基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法

权利要求书

1.一种基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：选取时间间隔为Δt的两帧油水两相流图像，图像大小表示为：长×宽，设图像大小为Mpixel×N pixel，M为图像长的值，N为图像宽的值，对其进行图像去噪、图像对比度增强后，确定初始查询窗口大小，初始查询窗口大小表示为：长×宽，设初始查询窗口大小为Wpixel×Wpixel，W为查询窗口长、宽的值，查询步长为W/2pixel，将两帧油水两相流图像按照相应初始查询窗口大小划分为固定覆盖率的众多网格，设定当前查询窗口，令当前查询窗口大小等于初始查询窗口大小，窗口覆盖率的大小及网格数如下：

窗口覆盖率为50％，并依此窗口覆盖率将两帧油水两相流图像划分为(2M-W)/W×(2N-W)/W个网格；

步骤二：在两帧图像中进行区域选择，选定区域表示为：[X坐标范围起点：X坐标范围终点，Y坐标范围起点：Y坐标范围终点]，设在第一帧图像中选定查询区域Area₁＝[i:i+W-1,j:j+W-1]，在第二帧图像中选定查询区域Area₂＝[i:i+W-1,j:j+W-1]，i，j分别表示图像中的X，Y坐标值，i＝1+W(n-1)，j＝1+W(m-1)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，m为X方向查询区域序号，n为Y方向查询区域序号；

对查询区域Area₁和查询区域Area₂两个区域进行ICP配准，得到查询区域Area₁平均X方向位移u(i′,j′)，平均Y方向位移v(i′,j′)，i′＝i+W/2为查询区域Area₁中心X坐标，j′＝j+W/2为查询区域Area₁中心Y坐标；

步骤三：当前查询窗口以步长W/2pixel遍历两帧图像，得到初始X方向位移场U_initial、初始Y方向位移场V_initial，设当前X方向位移场为U，当前Y方向位移场为V；

步骤四：根据当前X方向位移场U、当前Y方向位移场V对当前查询窗口变形，重新进行ICP配准得到二次迭代X方向位移场U_new、二次迭代Y方向位移场V_new；

步骤五：更新当前X方向位移场U、当前Y方向位移场V，位移场按下式进行更新：

U＝U_initial+U_new，V＝V_initial+V_new；

步骤六：采用MLS对当前X方向位移场U、当前Y方向位移场V进行拟合，得到X方向边缘补充位移场U'、Y方向边缘补充位移场V'；X方向边缘补充位移场U'、Y方向边缘补充位移场V'按下述方法计算：

X方向边缘补充位移场U'曲面拟合函数f_u(x,y)、Y方向边缘补充位移场V'曲面拟合函数f_v(x,y)，x为X方向坐标变量，y为Y方向坐标变量，k为多项式序号：

其中曲面拟合函数f_u(x,y)的系数阵列α_u(x,y)＝[α_u1(x,y),α_u2(x,y),…,α_uk(x,y)]，α_uk(x,y)为曲面拟合函数f_u(x,y)的第k个系数，曲面拟合函数f_v(x,y)的系数阵列α_v(x,y)＝[α_v1(x,y),α_v2(x,y),…,α_vk(x,y)]，α_vk(x,y)为曲面拟合函数f_v(x,y)的第k个系数，变量阵列μ(x,y)＝[μ₁(x,y),μ₂(x,y),...,μ_k(x,y)]＝[1,x,y,x²,xy,y²]，μ_k(x,y)为两个曲面拟合函数第k个变量，T代表矩阵转置符号；

α_u(x,y)、α_v(x,y)按下式求：

式中已知X方向位移阵列Z_u＝[u_{(W/2+1,W/2+1),}u_{(3W/2+1,3W/2+1)},…,u_(i',j')]，i'＝1+W(n-1/2)，j'＝1+W(m-1/2)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，已知Y方向位移阵列Z_v＝[v_{(W/2+1,W/2+1)},v_{(3W/2+1,3W/2+1)},…,v_(i',j')]，i'＝1+W(n-1/2)，j'＝1+W(m-1/2)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，参数阵列G＝[μ^T(_W/2+1,W/2+1),μ^T(_{3W/2+1,3W/2+1}),…,μ^T(i',j')]，i'＝1+W(n-1/2)，j'＝1+W(m-1/2)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，权值对角矩阵为具有紧支集特性的权函数；

将α_u(x,y)、α_v(x,y)代入f_u(x,y)、f_v(x,y)中，得到X方向边缘补充位移场U'和Y方向边缘补充位移场V'拟合曲面方程：

此时X方向边缘补充位移场U'和Y方向边缘补充位移场V'表示为：

此时当前X方向位移场U＝U'，当前Y方向位移场V＝V'；

步骤七：采用双三次均匀B样条插值扩大当前X方向位移场U、当前Y方向位移场V为原来的4倍，将当前查询窗口尺寸缩小为原来的1/4，得到新尺寸查询窗口，令当前查询窗口大小等于新尺寸查询窗口大小，根据当前X方向位移场U、当前Y方向位移场V对当前查询窗口变形，重新进行ICP配准得到三次迭代X方向位移场U'_new、三次迭代Y方向位移场V'_new；

步骤八：更新当前X方向位移场U、当前Y方向位移场V；

步骤九：对当前查询窗口迭代进行步骤四-步骤八，直至缩小到指定查询窗口的大小，确定最终X方向位移场U_final、最终Y方向位移场V_final，根据时间间隔Δt和位移场U_final、V_final得到流速场f；油水两相流速度场按下式计算：