CN108318215A - 一种压敏漆试验图像采集幅数的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压敏漆试验图像采集幅数确定方法,包括:进行PSP光学测量系统安装及静态调试;完成首次PSP试验,采用连续采集相同图像幅数的方式,按顺序得到试验前背景图像集,无风图像集,有风图像集,试验后背景图像集;进行PSP图像预处理及比值图像计算;进行模型区域图像分割及腐蚀处理,得到图像中的模型区域;进行比值图像信噪比计算,分别计算所有比值图像的信噪比;根据图像平均幅数与信噪比的曲线,以比值图像信噪比收敛时的图像平均幅数确定为后续试验的图像采集幅数。本发明的方法适用于各种试验环境,根据该方法确定图像采集幅数,可在保证数据质量的前提下,同时达到合理控制试验时间、提高试验效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于航空航天空气动力学风洞试验技术领域,特别涉及一种压敏漆试验图像采集幅数的确定方法。
背景技术
压力敏感涂料(PressureSensitivePaint,PSP简称压敏漆)测量技术是一种基于高分子聚合物光致发光和氧猝灭原理的新型非接触式光学压力测量方法,该技术可在接近传统压力传感器测量精度的前提下,对模型表面进行全域压力测量,较传统测压孔方法时间和经济效益显著提高。PSP测量技术自提出以来,以其巨大的发展潜力及技术优势,被国内外研究机构广泛关注并深入研究,已在风洞试验、发动机内流、微流场测量等领域得到了广泛应用。
PSP由聚合物功能层和基底反射层两部分组成。如图3所示,聚合物功能层是含压敏探针分子的工作层,基底反射层,通常为含二氧化硅的白色底漆,作用是增强探针分子发光强度,提高涂层的黏结性。探针分子受到一定波长的光源激发后,从基态被激发到激发态,受激发的探针分子可以通过辐射和无辐射的过程回到基态。其中辐射过程为光致发光,无辐射过程为氧猝灭。发光强度I和空气压力P之间的关系可用简化的Stern-Volmer关系来描述,如式(1)所示,Iref为压力在Pref下的光强。通过温度和压力可控的校准系统可以得到A(T)和B(T)。
PSP试验过程中需要采集背景、无风及有风图像,一般采用连续采集多幅图像求平均的方式降低随机噪声,达到提高图像信噪比和数据精度的目的。从消除图像随机噪声的角度讲,采集图像幅数越多越好,但在风洞试验的工程应用中,采集图像幅数的增多意味着试验时间和图像处理时间的增加,最终影响到试验的效率和成本。所以,需要根据噪声抑制效果与试验效率权衡,寻找最小的满足噪声抑制需求的图像采集幅数。
发明内容
本发明的一个目的是解决根据经验确定图像平均幅数存在的问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,包括以下步骤:
步骤一、对PSP光学测量系统进行安装及静态调试;
步骤二、进行首次PSP试验:采用连续采集相同图像幅数的方式,按顺序得到试验前背景图像集,无风图像集,有风图像集,试验后背景图像集;
步骤三、进行PSP图像预处理及比值图像计算:首先对有风图像集和无风图像集的每幅图像进行暗电流、固定模式噪声和非线性响应修正;然后针对试验中模型受力存在变形的情况,通过仿射变换将有风图像配准到无风图像,仿射变换矩阵通过定位有风及无风状态下模型表面标记点,并进行点配对的方式得到;最后计算不同图像平均幅数下的有风图像与无风图像的比值图像集Ravg;
步骤四、进行模型区域图像分割:选择修正后的无风图像集中的任意一幅图像,使用图像阈值分割算法将模型喷涂有PSP的区域从图像中分割出来;然后对分割结果进行腐蚀处理,去除测量误差较大且变化剧烈的模型边缘区域,处理完成后得到用于计算信噪比的模型区域;
步骤五、进行比值图像信噪比计算:通过基于区域的图像分割算法对比值图像的模型区域进行分割,得到相对均匀的子区域,然后对所有子区域进行腐蚀处理,去除边界剧烈变化区域,最后通过对各子区域的信噪比进行统计,得到综合反应比值图像全局质量的信噪比;
步骤六、重复步骤五,计算得到图像集Ravg中所有比值图像的信噪比SNR;
步骤七、根据图像平均幅数与信噪比的曲线,以比值图像信噪比收敛时的图像平均幅数确定为后续试验的图像采集幅数。
优选的是,所述的压敏漆试验为稳态压力测量试验。
优选的是,所述的确定方法适用于单组分压敏漆。
优选的是,所述的确定方法适用于双组分压敏漆,当适用于双组分压敏漆时,分别计算压敏组分和参考组分图像的信噪比,分别确定收敛的图像平均数,将大的图像平均幅数作为图像采集幅数。
优选的是,所述步骤四和步骤五中,腐蚀处理采用的腐蚀结构元为矩形窗。
优选的是,所述步骤五中,基于区域的图像分割算法为分水岭、区域生长、分裂合并法中的任意一种。
优选的是,所述步骤五中,信噪比的具体计算过程为:首先将各子区域统一划分为相同尺寸的矩形子块,忽略边缘区域,计算各子块局部标准差δl及均值Ml;然后按δl最小值与平均值的1.5倍之间划分若干个区间进行直方图统计,找到直方图峰值处所对应的区间;最后,计算峰值区间方差的均值峰值区间平均值的均值与的比值作为信噪比。
优选的是,所述步骤七中,如果信噪比随图像平均幅数增加不收敛,先对模型区域的分割及腐蚀算法的参数进行优化,重复步骤五,如曲线依然不收敛,则需要在下次试验中适当增加采集图像数,重复步骤三到六。
上述方案中的背景图像为风洞无气流关闭激发光源采集到的图像,无风图像为风洞无气流开启激发光源采集到的图像,有风图像为风洞有气流开启激发光源采集到的图像。
本发明至少包括以下有益效果:
(1)本发明提供一种压敏漆试验图像采集幅数确定方法,通过提出一种针对压敏漆图像特殊性的信噪比计算方法,根据比值图像信噪比计算结果确定需要的图像平均幅数,作为试验中的图像采集幅数,该方法解决了压敏漆试验时仅根据经验确定图像采集幅数的问题,在不同应用环境及PSP光学测量系统参数条件下均可根据本发明提出的方法确定图像采集幅数。
(2)本发明的方法适用于各种试验环境,根据该方法可在保证一定信噪比的前提下确定图像采集幅数,达到合理控制试验时间、提高试验效率的目的。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明:
图1为本发明所述信噪比计算流程图;
图2为实施例1信噪比与图像平均幅数曲线;
图3为压敏漆工作原理示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1:
一种单组分压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤一、对PSP光学测量系统进行安装,系统主要设备光源和CCD相机垂直于模型待测区域安装;对PSP光学测量系统进行静态调试:在满足一定光强的情况下设置好相机参数,包括光圈、曝光时间和焦距,设置原则是在保证图像景深、光强的情况下设置光圈和曝光时间,焦距调整到位后模型PSP测量区域及标记点清晰;
步骤二、进行首次PSP试验:采用连续采集相同图像幅数的方式,按顺序采集得到试验前背景图像集Ibkg1,无风图像集Iwindoff,有风图像集Iwindon,试验后背景图像集Ibkg2,首次试验的图像采集幅数需考虑一定的余量,以便于分析图像信噪比何时收敛,本实施例图像采集幅数N=24;
步骤三、进行PSP图像预处理及比值图像计算:首先对有风图像集和无风图像集的每幅图像进行暗电流、固定模式噪声和非线性响应修正,得到Iwindon-m和Iwindoff-m;然后针对试验中模型受力存在变形的情况,通过仿射变换将有风图像配准到无风图像,得到Iwindon-mr,仿射变换矩阵通过定位有风及无风状态下模型表面标记点,并进行点配对的方式得到;最后计算不同图像平均幅数下的有风图像与无风图像的比值图像集Ravg,计算公式如下式所示,公式中图像的加减除运算,均为对应像素点光强的计算;
步骤四、进行模型区域图像分割:根据Iwindoff-m中的某幅图像(可任意选择),使用图像阈值分割算法将模型喷涂有PSP的区域从图像中分割出来,阈值设置为图像光强最大峰值的10%;然后对分割结果进行腐蚀处理(腐蚀结构元为5*5矩形),去除测量误差较大且变化剧烈的模型边缘区域(根据处理结果可进行多次腐蚀),处理完成后得到用于计算信噪比的模型区域;
步骤五、进行比值图像信噪比计算:通过基于区域的图像分割算法(如分水岭、区域生长和分裂合并法等)对比值图像的模型区域进行分割,得到相对均匀的子区域,然后对所有子区域进行腐蚀处理(腐蚀结构元为3*3矩形,两次腐蚀处理),去除边界剧烈变化区域,最后通过对各子区域的信噪比进行统计,得到综合反应比值图像全局质量的信噪比,具体计算步骤:首先将各子区域统一划分为相同尺寸的矩形子块(尺寸为5*5),忽略边缘区域,计算各子块局部标准差δl及均值Ml;然后按δl最小值与平均值的1.5倍之间划分若干个区间进行直方图统计,找到直方图峰值处所对应的区间;最后,计算峰值区间方差的均值峰值区间平均值的均值与的比值作为信噪比;
步骤六、重复步骤五,计算得到图像集Ravg中所有比值图像的信噪比SNR;
步骤七、根据图像平均幅数与信噪比的曲线,以比值图像信噪比收敛时的图像平均幅数确定为后续试验的图像采集幅数,如图2所示,后续试验图像采集幅数可确定为20。如果信噪比随图像平均幅数增加不收敛,先对模型区域的分割及腐蚀算法的参数进行优化,重复步骤五,如曲线依然不收敛,则需要在下次试验中适当增加采集图像数,重复步骤三到六;
其中,所述的压敏漆试验为稳态压力测量试验。
实施例2:
一种双组分压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,当适用于双组分压敏漆时,在稳态压力测量试验中,参照实施例1中的步骤,分别计算压敏组分和参考组分图像的信噪比,分别确定收敛的图像平均幅数,将大的图像平均幅数作为图像采集幅数。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、对PSP光学测量系统进行安装及静态调试;
步骤二、进行首次PSP试验:采用连续采集相同图像幅数的方式,按顺序得到试验前背景图像集,无风图像集,有风图像集,试验后背景图像集;
步骤三、进行PSP图像预处理及比值图像计算:首先对有风图像集和无风图像集的每幅图像进行暗电流、固定模式噪声和非线性响应修正;然后针对试验中模型受力存在变形的情况,通过仿射变换将有风图像配准到无风图像,仿射变换矩阵通过定位有风及无风状态下模型表面标记点,并进行点配对的方式得到;最后计算不同图像平均幅数下的有风图像与无风图像的比值图像集Ravg;
步骤四、进行模型区域图像分割:选择修正后的无风图像集中的任意一幅图像,使用图像阈值分割算法将模型喷涂有PSP的区域从图像中分割出来;然后对分割结果进行腐蚀处理,去除测量误差较大且变化剧烈的模型边缘区域,处理完成后得到用于计算信噪比的模型区域;
步骤五、进行比值图像信噪比计算:通过基于区域的图像分割算法对比值图像的模型区域进行分割,得到相对均匀的子区域,然后对所有子区域进行腐蚀处理,去除边界剧烈变化区域,最后通过对各子区域的信噪比进行统计,得到综合反应比值图像全局质量的信噪比;
步骤六、重复步骤五,计算得到图像集Ravg中所有比值图像的信噪比SNR;
步骤七、根据图像平均幅数与信噪比的曲线,以比值图像信噪比收敛时的图像平均幅数确定为后续试验的图像采集幅数。
2.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述的压敏漆试验为稳态压力测量试验。
3.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述的确定方法适用于单组分压敏漆。
4.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述的确定方法适用于双组分压敏漆,当适用于双组分压敏漆时,分别计算压敏组分和参考组分图像的信噪比,分别确定收敛的图像平均数,将大的图像平均幅数作为试验图像采集幅数。
5.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述步骤四和步骤五中,腐蚀处理采用的腐蚀结构元为矩形窗。
6.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述步骤五中,基于区域的图像分割算法为分水岭、区域生长、分裂合并法中的任意一种。
7.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述步骤五中,信噪比的具体计算过程为:首先将各子区域统一划分为相同尺寸的矩形子块,忽略边缘区域,计算各子块局部标准差δl及均值Ml;然后按δl最小值与平均值的1.5倍之间划分若干个区间进行直方图统计,找到直方图峰值处所对应的区间;最后,计算峰值区间方差的均值峰值区间平均值的均值与的比值作为信噪比。
8.如权利要求1所述的压敏漆试验图像采集幅数的确定方法,其特征在于,所述步骤七中,如果信噪比随图像平均幅数增加不收敛,先对模型区域的分割及腐蚀算法的参数进行优化,重复步骤五,如曲线依然不收敛,则需要在下次试验中适当增加采集图像数,重复步骤三到六。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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