CN107525945A - 基于集成成像技术的3d‑3c粒子图像测速系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于集成成像技术的3D‑3C粒子图像测速系统及方法。该系统包括激光器、激光扩束准直系统、三维流场测速箱、相机阵列、计算机、平面标定板、精密电控平移台。方法为:将平面标定板置于三维流场测速箱内,对相机阵列进行标定;将示踪粒子置于三维流场测速箱内,采用相机阵列从不同角度对示踪粒子成像;将相机阵列的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上,产生重聚焦图像;通过等间隔改变Z值,得出重聚焦图像序列并进行离散化,把灰度值存储到离散化网格中;运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,并确定示踪粒子点位置,从而重建出示踪粒子场。本发明精度高,运算速度快,能够高度还原流场的细节部分。
Description
技术领域
本发明涉及流场光学测试系统技术领域,特别是一种基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统及方法。
背景技术
三维三分量(3D-3C)粒子图像测速是一种先进的流场光学测试技术,它依据流动性方程,通过观测流场中均匀布撒的示踪粒子的运动情况,进而推算出瞬态三维流场结构以及流场流动趋势,可以用来测量湍流、大尺度、多涡系干扰等三维复杂流场,如直升飞机上升时螺旋桨周围的流场扰动、蜂群飞行时产生的空气扰动等。目前有多种3D-3C流场测量方式,如层析粒子图像测速技术(Tomographic Particle Image Velocimetry),全息粒子图像测速技术(Holographic Particle Image Velocimetry),散焦粒子图像测速技术(Defocusing Particle Image Velocimetry)。上述流场测量技术对小范围局部流场结构测量有较好的结果,但它们的整体可视深度较小,目前技术中最大可视深度约为3厘米,但这在深度方向尺寸较大的涡流、多涡系干扰等流场测量中是远远不够多。此外,目前所存在的3D-3C粒子图像测速系统在高浓度示踪粒子环境中,从不同角度观测示踪粒子时,粒子会前后遮挡,这种情况下会产生较多幽灵粒子,从而影响粒子场重建精度,而当示踪粒子浓度较小时,重建出的粒子场很难显示流场细节部分,也就意味着其相应的空间分辨率非常有限,此外,如果相机相互之间拍摄角度较小,有可能会导致重建出的示踪粒子呈细长型,这些都严重限制了三维粒子图像测速精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粒子重建精度高、空间分辨率大的基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案:一种基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统,包括激光器1、激光扩束准直系统3、三维流场测速箱5、相机阵列6、计算机7、平面标定板8、精密电控平移台9;其中激光扩束准直系统3设置于激光器1和三维流场测速箱5之间;三维流场测速箱5为长方体结构,垂直于激光器光轴的两个面上设置光窗口,与光窗口所在侧面相邻的一个侧面采用高透玻璃,其余五个面采用经过发黑处理的铝合金;所述激光器1、激光扩束准直系统3与三维流场测速箱5上的两个光窗口共轴;相机阵列6设置于三维流场测速箱5的高透玻璃面一侧,且相机阵列6的光轴垂直于该高透玻璃面;相机阵列6、精密电控平移台9均与计算机7相连,且平面标定板8设置于精密电控平移台9上。
进一步地,所述平面标定板8表面均匀设置13×13个白色圆点阵列,白色圆点直径为1mm,间距为1cm;通过计算机7控制精密电控平移台9移动平面标定板8,根据标定函数进行标定,得出多个相机坐标系和世界坐标系之间对应关系,从而用于示踪粒子场重建。
进一步地,所述相机阵列6包括纵向设置的4组,每组包括3个位于同一水平面的相机,每组的3个相机呈弧形排列,调节所有相机角度,使待测试场中心均在相机视场中心;所有的相机靠计算机7内的触发板触发同时拍照,并将图像存储到计算机7中。
进一步地,所述激光扩束准直系统3包括顺次共光轴设置的鲍威尔棱镜31、柱透镜33、刀口35,激光器1发射的线光2入射至激光扩束准直系统3中鲍威尔棱镜31,鲍威尔棱镜31将线光扩成片光32后入射至柱透镜33,柱透镜33将二维的片光32扩成三维的柱状激光34,柱状激光34经刀口35整形成三维立体激光4。
一种基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速方法,包括以下步骤:
步骤1,将平面标定板8置于三维流场测速箱5内,对相机阵列6进行标定;
步骤2,将示踪粒子置于三维流场测速箱5内,采用相机阵列6的相机从不同角度对示踪粒子成像;
步骤3,根据标定关系,将相机阵列6的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上,将各重投影图像中对应位置的灰度值相加,产生重聚焦图像;通过逐步等间隔改变Z值,得出重聚焦图像序列,所述Z值间隔小于示踪粒子直径;
步骤4,将重聚焦图像序列进行离散化,把重聚焦图像上的灰度值存储到离散化网格中,网格大小设置为相机像元大小的10倍;
步骤5,运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,通过计算不同深度窗口区域内的Tenengrad函数值来确定示踪粒子点位置,从而重建出示踪粒子场。
进一步地,步骤1所述对相机阵列6进行标定,标定方法基于小孔模型,公式表示如下:
其中,x,y为图像坐标系上的像素坐标,(X,Y,Z)为世界坐标系上的特征点的坐标,根据特征点在图像上和世界坐标系上的对应关系,求得相机外部参数a、b、c、d、e、f、g、h、p、q、r、s。
进一步地,步骤5所述运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,具体如下:
在重聚焦图像序列上,选择一个诊断窗口,诊断窗口的长和宽分别为10个离散网格大小,窗口深度贯穿所有的重聚焦图像,计算重聚焦图像序列上诊断窗口部分的Tenengrad函数,作为判断该诊断窗口区域有没有示踪粒子的标准T(k),具体公式为:
其中,G是诊断窗口区域部分的Sobel算子梯度,x、y分别表示图像坐标系中x轴、y轴方向,k表示第k个窗口;
通过计算诊断窗口中的所有平面上的T值,建立一个T值函数图,该图形中极大值位置处就是存在示踪粒子的区域,提取出该区域的深度信息和相应层面上诊断窗口里面的灰度值数据;在选择诊断窗口时,相邻两个诊断窗口挨着,依次遍历完所有的离散网格点;提取到的诊断窗口数据根据分层,依次按照提取之前的位置信息排列,最后便得出在重聚焦图像序列所在平面上聚焦的粒子图,以及相应的粒子位置和大小,根据重聚焦图像序列中的图像坐标系与世界坐标系的坐标变换,得到三维示踪粒子场。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:(1)基于集成成像技术,能够测量高浓度示踪粒子下的流场,还能够重建被前面粒子遮挡的示踪粒子,从而提高了流场重建精度,还能够测量深度方向尺寸较大的涡流、多涡系干扰等流场;(2)能够有效去除示踪粒子细长型化,在高浓度示踪粒子环境中对示踪粒子进行精确地三维重建,有效减少幽灵粒子的影响,提高粒子重建精度,同时还能重建出流场的细节部分,增大了空间分辨率;(3)在示踪粒子重建过程中,能够避免细长型畸形示踪粒子的出现,具有精度高,运算速度快,不需要进行复杂的迭代,可以高度还原流场的细节部分。
附图说明
图1是本发明基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统的结构示意图。
图2是本发明基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统中的标定结构图。
图3是本发明基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统中的激光扩束图。
图4是本发明三维粒子场基于集成成像原理的重聚焦原理图。
图5是本发明12幅重聚焦图叠加原理图。
图6是本发明重聚焦平面离散图。
图7是本发明基于窗口梯度变化提取深度图。
图8是本发明基于窗口梯度变化方法中的一个窗口中沿Z方向的T值变化曲线图。
具体实施方式
本发明基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统及方法,包括:
1)立体光照明部分,将一束从激光器中射出的激光通过鲍威尔棱镜与柱透镜进行扩束,再利用刀口进行整形,形成平行三维立体光,立体光照射到待测流场中,将三维流场测速箱中事先布撒好的示踪粒子照亮。
2)图像采集部分,根据集成成像原理,采用多个CCD相机,弧形排列组成相机阵列,所有相机均聚焦在测试场中心区域,且测试场位于相机图像中心,该方法可有效抑制示踪粒子的细长型化。通过电脑控制,利用触发板产生触发信号,使相机阵列进行同步拍摄,在相同时刻对流场中的示踪粒子从不同角度进行图像采集。
3)多相机标定部分,利用一个169个白色圆点的平面标定板和一个电动精密导轨平移台,平面标定板上共有13×13个白色圆点,圆点的直径为1mm,圆点间距为1cm。通过控制导轨平移台的精密移动来多次移动标定板,每次平移一定距离,根据相应的标定函数进行标定,得出多个相机坐标系和世界坐标系之间对应关系,便于下一步示踪粒子场重建。
4)三维示踪粒子场重建部分,根据标定得出的相机间对应关系,利用集成成像原理,对同一时刻不同相机拍摄的示踪粒子图像进行三维重建。
5)三维互相关流场重建部分,将相邻两个时刻获得的三维重建示踪粒子场进行三维互相关,得出三维速度场。
结合图1,本发明基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统,包括激光器1、激光扩束准直系统3、三维流场测速箱5、相机阵列6、计算机7、平面标定板8、精密电控平移台9;其中激光扩束准直系统3设置于激光器1和三维流场测速箱5之间;三维流场测速箱5为长方体结构,垂直于激光器光轴的两个面上设置光窗口,与光窗口所在侧面相邻的一个侧面采用高透玻璃,其余五个面采用经过发黑处理的铝合金;所述激光器1、激光扩束准直系统3与三维流场测速箱5上的两个光窗口共轴;相机阵列6设置于三维流场测速箱5的高透玻璃面一侧,且相机阵列6的光轴垂直于该高透玻璃面;相机阵列6、精密电控平移台9均与计算机7相连,且平面标定板8设置于精密电控平移台9上。
进一步地,所述平面标定板8表面均匀设置13×13个白色圆点阵列,白色圆点直径为1mm,间距为1cm;通过计算机7控制精密电控平移台9移动平面标定板8,根据标定函数进行标定,得出多个相机坐标系和世界坐标系之间对应关系,从而用于示踪粒子场重建。
进一步地,所述相机阵列6包括纵向设置的4组,每组包括3个位于同一水平面的相机,每组的3个相机呈弧形排列,调节所有相机角度,使待测试场中心均在相机视场中心;所有的相机靠计算机7内的触发板触发同时拍照,并将图像存储到计算机7中。
进一步地,所述激光扩束准直系统3包括顺次共光轴设置的鲍威尔棱镜31、柱透镜33、刀口35,激光器1发射的线光2入射至激光扩束准直系统3中鲍威尔棱镜31,鲍威尔棱镜31将线光扩成片光32后入射至柱透镜33,柱透镜33将二维的片光32扩成三维的柱状激光34,柱状激光34经刀口35整形成三维立体激光4。
一种基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速方法,包括以下步骤:
步骤1,将平面标定板8置于三维流场测速箱5内,对相机阵列6进行标定;
步骤2,将示踪粒子置于三维流场测速箱5内,采用相机阵列6的相机从不同角度对示踪粒子成像;
步骤3,根据标定关系,将相机阵列6的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上,将各重投影图像中对应位置的灰度值相加,产生重聚焦图像;通过逐步等间隔改变Z值,得出重聚焦图像序列,所述Z值间隔小于示踪粒子直径;
步骤4,将重聚焦图像序列进行离散化,把重聚焦图像上的灰度值存储到离散化网格中,网格大小设置为相机像元大小的10倍;
步骤5,运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,通过计算不同深度窗口区域内的Tenengrad函数值来确定示踪粒子点位置,从而重建出示踪粒子场。
进一步地,步骤1所述对相机阵列6进行标定,标定方法基于小孔模型,公式表示如下:
其中,x,y为图像坐标系上的像素坐标,(X,Y,Z)为世界坐标系上的特征点的坐标,根据特征点在图像上和世界坐标系上的对应关系,求得相机外部参数a、b、c、d、e、f、g、h、p、q、r、s。
进一步地,步骤5所述运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,具体如下:
在重聚焦图像序列上,选择一个诊断窗口,诊断窗口的长和宽分别为10个离散网格大小,窗口深度贯穿所有的重聚焦图像,计算重聚焦图像序列上诊断窗口部分的Tenengrad函数,作为判断该诊断窗口区域有没有示踪粒子的标准T(k),具体公式为:
其中,G是诊断窗口区域部分的Sobel算子梯度,x、y分别表示图像坐标系中x轴、y轴方向,k表示第k个窗口;
通过计算诊断窗口中的所有平面上的T值,建立一个T值函数图,该图形中极大值位置处就是存在示踪粒子的区域,提取出该区域的深度信息和相应层面上诊断窗口里面的灰度值数据;在选择诊断窗口时,相邻两个诊断窗口挨着,依次遍历完所有的离散网格点;提取到的诊断窗口数据根据分层,依次按照提取之前的位置信息排列,最后便得出在重聚焦图像序列所在平面上聚焦的粒子图,以及相应的粒子位置和大小,根据重聚焦图像序列中的图像坐标系与世界坐标系的坐标变换,得到三维示踪粒子场。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
该系统操作包括一下步骤:
1)、在待测试流场前放置相机,相机位置呈弧形排列,三个一组,共4组,12个相机,调节相机角度,使待测试场均在相机视场中心位置,且相机轴心相交于一点。所有的相机靠触发板触发同时拍照,并将图像存储到电脑中;
2)、运用一个平面标定板,上面有169个圆形特征点,特征点直径为1mm,特征点间距为1cm,使用精密电控平移台,每次移动标定板1毫米,使平面标定板在整个测试场中进行标定,如图2中,8是有169个标定点的平面标定板,9是精密电控平移台,7为控制电脑。标定方法基于小孔模型,用以下公式表示:
其中,(x,y)为图像坐标系上的像素坐标,(X,Y,Z)为世界坐标系上的特征点的坐标。根据特征点在图像上和世界坐标系上的对应关系,可以求得各个相机的外参a、b、c、d、e、f、g、h、p、q、r、s。12个相机共得出12个上述方程;
3)、对激光器出来的点光源进行扩束,将激光扩束成三维柱状立体光,再运用刀口将柱状立体光截成截面为矩形的光,将该束光照到布满示踪粒子的待测试流场中,如图3,其中,1为激光器,2为激光器发出的线光,3为激光扩束系统,4为扩束准直后的三维立体激光,31为将线光扩成片光的元件鲍威尔棱镜,32为扩束后的片光,33为凸透镜,将二维片光扩成三维的柱状激光,34为柱状激光,35为刀口,将柱状激光整形成三维立体激光;
4)、用电脑控制触发板和相机阵列,对待测流场进行连续多次成像,得到多幅不同时刻图像序列;
5)、对图像序列进行基于集成成像的重聚焦。该过程参考图4。图4为12相机模型下的集成成像重聚焦过程,原理为:
I.在世界坐标系上,在不同深度不同平面L1(图4中的1)和L2(图4中的2)上分别有示踪粒子点A和B,运用十二个相机Cam1、Cam2、Cam3、Cam4、Cam5、Cam6、Cam7、…,Cam12对L1和L2上的示踪粒子成像,此时的A和B都在相机的景深区域内。在平面L1上的示踪粒子A在相机Cam1上所成的像为A1,在相机Cam2上所成的像为A2,在相机Cam3上所成的像为A3,…,在相机Cam12上所成的像为A12;平面L2上的示踪粒子B在相机Cam1上所成的像为B1,在相机Cam2上所成的像为B2,…,在相机Cam12上所成的像为B12。图4中,3为相机Cam1所成的像,4为相机Cam2所成的像,9为相机Cam12所成的像,5代表相机Cam1,6代表相机Cam2,7代表相机Cam3,8代表相机Cam12;
II.根据标定得出的图像坐标系和世界坐标系对应公式(1.1),在世界坐标系上选择一个参考平面,假设为L1,该参考平面上的深度方向Z值为已知,然后依次将Cam1、Cam2,…,至Cam12的图像根据标定公式反投影到L1平面。其中,Cam1上,将点A1代入公式(1.1),得:
其中,(xA1,yA1)为A1点的图像坐标,m、n、o为常数,则可以求出A1点在平面L1上对应的世界坐标(XA,YA)。采用同样的方法,得到Cam1上B1点在平面L1上对应的世界坐标。同理,得到其他11个相机中的像点在平面L1上对应的世界坐标;
III.将12个相机的重投影图按照对应位置对相应点灰度进行相加,产生重聚焦图像,如图5,通过图可以看出,12幅图在A点处互相叠加,而B点没有形成叠加,由此可以看出,在L1平面上聚焦的示踪粒子灰度得到了数倍的增强,而不在L1平面上聚焦的示踪粒子灰度没有增强。基于该原理,被其他示踪粒子遮挡住的粒子也不受影响,仍能够通过该方法重建出来;
IV.变换深度方向的Z值,设定其他平面L2、L3、L4,…,整个待测试场区域的重聚焦图像序列便可得出;
V.将所有重聚焦图像进行离散化,假设只有两个重聚焦图,分别为L1,L2,把重聚焦图像上的信息存储到离散网格中,网格大小设置为相机像元大小Δp乘以10,如图6所示;
VI.运用基于移动诊断窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点。参考图7,具体过程为:在重聚焦图像序列上,选择一个诊断窗口,窗口的长和宽分别为10个小网格大小,诊断窗口深度贯穿所有的重聚焦图像序列,即覆盖L1平面和L2平面上的重聚焦图像,计算L1、L2图像层上的诊断窗口部分的Tenengrad函数,作为判断该诊断窗口区域有没有示踪粒子的标准,具体公式为:
其中,G是诊断窗口内的Sobel算子梯度,k表示第k个诊断窗口。通过计算诊断窗口中的所有平面上的T值,可以建立一个T值函数图,如图8,该图形中,极大值位置处就是存在示踪粒子的区域,提取出该区域的深度信息和相应层面上诊断窗口里面的灰度数据。在选择诊断窗口时,相邻两个窗口紧挨着,依次遍历完所有的重聚焦图像序列上的所有离散网格。计算出来的T值(即公式中的T(k)),依次按照提取之前的位置信息排列,最后便得出在重聚焦平面网格点上聚焦的粒子图,相应的粒子位置和大小也可以提取出来。最后可以得到三维示踪粒子场。
6)、对待测流场中示踪粒子进行相邻时刻多次拍照,得到多组图多。对两组图像分别进行上述5)中操作,即可得出相邻多个时刻的重建示踪粒子场,利用三维互相关,对重建出的粒子场进行互相关操作,即可得到在该时刻内流场中示踪粒子的运动情况,进而可以推算出该时刻流场的三维结构。连续对流场内示踪粒子成像,可得到流场随时间变化关系,即可获得3D-3C流场结构。
本发明基于集成成像技术,能够测量高浓度示踪粒子下的流场,还能够重建被前面粒子遮挡的示踪粒子,从而提高了流场重建精度,还能够测量深度方向尺寸较大的涡流、多涡系干扰等流场;能够有效去除示踪粒子细长型化,在高浓度示踪粒子环境中对示踪粒子进行精确地三维重建,有效减少幽灵粒子的影响,提高粒子重建精度,同时还能重建出流场的细节部分,增大了空间分辨率,此外它的可视深度更大可达5至10厘米,能够完整地重建出三维多涡系干扰流;在示踪粒子重建过程中,能够避免细长型畸形示踪粒子的出现,具有精度高,运算速度快,不需要进行复杂的迭代,可以高度还原流场的细节部分。
Claims (7)
1.一种基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统,其特征在于,包括激光器(1)、激光扩束准直系统(3)、三维流场测速箱(5)、相机阵列(6)、计算机(7)、平面标定板(8)、精密电控平移台(9);其中激光扩束准直系统(3)设置于激光器(1)和三维流场测速箱(5)之间;三维流场测速箱(5)为长方体结构,垂直于激光器光轴的两个面上设置光窗口,与光窗口所在侧面相邻的一个侧面采用高透玻璃,其余五个面采用经过发黑处理的铝合金;所述激光器(1)、激光扩束准直系统(3)与三维流场测速箱(5)上的两个光窗口共轴;相机阵列(6)设置于三维流场测速箱(5)的高透玻璃面一侧,且相机阵列(6)的光轴垂直于该高透玻璃面;相机阵列(6)、精密电控平移台(9)均与计算机(7)相连,且平面标定板(8)设置于精密电控平移台(9)上。
2.根据权利要求1所述的基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统,其特征在于,所述平面标定板(8)表面均匀设置13×13个白色圆点阵列,白色圆点直径为1mm,间距为1cm;通过计算机(7)控制精密电控平移台(9)移动平面标定板(8),根据标定函数进行标定,得出多个相机坐标系和世界坐标系之间对应关系,从而用于示踪粒子场重建。
3.根据权利要求1所述的基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统,其特征在于,所述相机阵列(6)包括纵向设置的4组,每组包括3个位于同一水平面的相机,每组的3个相机呈弧形排列,调节所有相机角度,使待测试场中心均在相机视场中心;所有的相机靠计算机(7)内的触发板触发同时拍照,并将图像存储到计算机(7)中。
4.根据权利要求1所述的基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统,其特征在于,所述激光扩束准直系统(3)包括顺次共光轴设置的鲍威尔棱镜(31)、柱透镜(33)、刀口(35),激光器(1)发射的线光(2)入射至激光扩束准直系统(3)中鲍威尔棱镜(31),鲍威尔棱镜(31)将线光扩成片光(32)后入射至柱透镜(33),柱透镜(33)将二维的片光(32)扩成三维的柱状激光(34),柱状激光(34)经刀口(35)整形成三维立体激光(4)。
5.一种基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将平面标定板(8)置于三维流场测速箱(5)内,对相机阵列(6)进行标定;
步骤2,将示踪粒子置于三维流场测速箱(5)内,采用相机阵列(6)的相机从不同角度对示踪粒子成像;
步骤3,根据标定关系,将相机阵列(6)的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上,将各重投影图像中对应位置的灰度值相加,产生重聚焦图像;通过逐步等间隔改变Z值,得出重聚焦图像序列,所述Z值间隔小于示踪粒子直径;
步骤4,将重聚焦图像序列进行离散化,把重聚焦图像上的灰度值存储到离散化网格中,网格大小设置为相机像元大小的10倍;
步骤5,运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,通过计算不同深度窗口区域内的Tenengrad函数值来确定示踪粒子点位置,从而重建出示踪粒子场。
6.根据权利要求5所述的基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速方法,其特征在于,步骤1所述对相机阵列(6)进行标定,标定方法基于小孔模型,公式表示如下:
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其中,(x,y)为图像坐标系上的像素坐标,(X,Y,Z)为世界坐标系上的特征点的坐标,根据特征点在图像上和世界坐标系上的对应关系,求得相机外部参数a、b、c、d、e、f、g、h、p、q、r、s。
7.根据权利要求5所述的基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速方法,其特征在于,步骤5所述运用基于移动窗口梯度变换的方法,提取不同深度区域的示踪粒子点,具体如下:
在重聚焦图像序列上,选择一个诊断窗口,诊断窗口的长和宽分别为10个离散网格大小,窗口深度贯穿所有的重聚焦图像,计算重聚焦图像序列上诊断窗口部分的Tenengrad函数,作为判断该诊断窗口区域有没有示踪粒子的标准T(k),具体公式为:
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其中,G是诊断窗口区域部分的Sobel算子梯度,x、y分别表示图像坐标系中x轴、y轴方向,k表示第k个窗口;
通过计算诊断窗口中的所有平面上的T值,建立一个T值函数图,该图形中极大值位置处就是存在示踪粒子的区域,提取出该区域的深度信息和相应层面上诊断窗口里面的灰度值数据;在选择诊断窗口时,相邻两个诊断窗口挨着,依次遍历完所有的离散网格点;提取到的诊断窗口数据根据分层,依次按照提取之前的位置信息排列,最后便得出在重聚焦图像序列所在平面上聚焦的粒子图,以及相应的粒子位置和大小,根据重聚焦图像序列中的图像坐标系与世界坐标系的坐标变换,得到三维示踪粒子场。
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