CN117890068A - 一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质，涉及航空云雾颗粒测量技术领域。获取液滴衍射图像，在灰度云成像探头的基础上，对液滴衍射图像进行多灰度阈值的识别，并在此基础上获取多灰度阈值的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数，进一步获得第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，从而基于多灰度阈值的无量纲定位参数得到液滴重构直径，使得可以快速高效获得液滴尺寸信息，提高了液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供了重要技术支撑。

Description

一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及航空云雾颗粒测量技术领域，具体涉及一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质。
背景技术
当飞机在云层中飞行时，云层中的过冷水滴（即温度低于冰点的液态水滴）会不断撞击飞机迎风面，导致其表面发生结冰现象。飞机结冰广泛存在于飞行实践中，并严重威胁飞行安全。
结冰风洞是开展飞机结冰研究及飞机部件防除冰系统验证的重要地面试验设备，其在飞机结冰适航审定中扮演着重要角色。结冰云雾环境模拟能力是结冰风洞性能的核心内容。结冰云雾微物理特征的准确测量与评估是结冰风洞准确模拟结冰云雾环境的关键，其中云雾液滴尺寸分布、中值体积直径和云雾水含量是结冰云雾重要的微物理特征。
目前，国内外结冰风洞通常采用光学阵列探头（Optical Array Probe, OAP）测量液滴尺寸，记录通过采样区域的液滴数量，从而计算得到云雾液滴直径和液滴数浓度，最终实现云雾液滴尺寸分布、中值体积直径（Median Volume Diameter，MVD）和云雾水含量（Liquid Water Content, LWC）的测量。MVD定义为：将云雾液态水含量按照该直径参数分为两部分，其中大于该直径的液滴总体积与小于该直径的液滴总体积相等。LWC定义为：结冰云雾中单位体积内云雾液滴质量。OAP利用单颗粒光成像原理，通过扫描测量颗粒形成的菲涅尔衍射图样（由明暗相间的衍射条纹组成），进而获得颗粒形貌及尺寸特征。具体而言，OAP采用激光二极管在仪器采样区域内产生平行光束，并利用光电二极管线性阵列接收和记录光强信号。当颗粒通过采样区域内的平行光束时，颗粒阴影将会通过透镜组投射到线性阵列探测器表面，此时线性阵列各探测器将会记录投射到其表面上的光线强度变化。当投射到OAP探测器表面的平均光线强度相对于入射光强度的比例小于某些阈值时，OAP认为该探测器处于遮挡状态，对应探测器输出遮挡信号。为了实现颗粒二维图像的采集，线性阵列各探测器将以特定频率f记录颗粒通过平行激光束时其表面上的光线强度变化，每次记录的阵列信号称为一个数据片，对应的采样频率f则通常称为片率，表示为颗粒通过激光束的速度与OAP颗粒尺寸分辨率之比。最后，组合记录的数据片，获得颗粒阴影的二值或者灰度离散化图像。
尽管OAP可以有效获得单液滴多灰度阈值衍射图像，但是液滴直径信息难以简单的直接从对应图像中检索得到，这导致结冰云雾特征参数的计算难度较大，难以实现对结冰风洞中结冰云雾的准确测量。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质，具有可以提高液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供重要技术支撑的特点。
第一方面，一种实施例中提供一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法，包括：
获取液滴衍射图像；
基于灰度云成像探头对所述液滴衍射图像进行识别，包括对第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级的遮挡像素进行识别；所述第一灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第二灰度级的遮挡像素的遮挡率，所述第二灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第三灰度级的遮挡像素的遮挡率；
计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数；所述第一灰度级的遮挡像素数包括第一灰度级对应的所有像素数，所述第二灰度级的遮挡像素数包括第二灰度级对应的所有像素数，所述第三灰度级的遮挡像素数包括第三灰度级对应的所有像素数；所述第一灰度级的边界像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数，所述第二灰度级的边界像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数，所述第三灰度级的边界像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数；所述第一灰度级的泊松亮斑像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素的总数，所述第二灰度级的泊松亮斑像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素和第一灰度级遮挡像素的总数，所述第三灰度级的泊松亮斑像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素、第一灰度级遮挡像素和第二灰度级遮挡像素的总数；
基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数计算第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数；
基于第三灰度级的遮挡像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径；
基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界像素数和泊松亮斑像素数，以及灰度云成像探头的分辨率，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径；
基于第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，计算液滴重构直径。
第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，存储的程序包括能够被处理器加载并处理上述任意一实施例中的结冰云雾颗粒尺寸重构方法。
本发明的有益效果是：
在灰度云成像探头的基础上，由于是对液滴衍射图像进行多灰度阈值的识别，并在此基础上获取多灰度阈值的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数，进一步获得第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，从而得到液滴重构直径，使得可以快速高效获得液滴尺寸信息，提高液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供了重要技术支撑。
附图说明
图1是本申请一种实施例的结冰云雾颗粒尺寸重构方法流程示意图；
图2是本申请一种实施例的液滴衍射图像特征参数示意图；
图3是本申请图1中步骤S60的一种实施例的方法流程示意图；
图4是本申请一种实施例的三个灰度级对应的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线和边界面积等效直径与液滴修正直径之比的理论变化曲线结构示意图；
图5是本申请一种实施例的典型球形液滴衍射图像示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。
为便于对本申请的发明构思进行说明，以下对结冰云雾颗粒尺寸重构的相关技术进行简要说明。
灰度云成像探头（Cloud Imaging Probe-Grayscale, CIP-GS）为一种典型的多灰度阈值光学阵列探头，该探头可以对颗粒衍射图样中三个灰度级（Grayscale Level，GL）进行辨识，进而获得由各灰度级像素组成的离散化颗粒图像。当仪器线性阵列内某个探测器探测到颗粒对入射光线的遮挡程度超过某一灰度级时，会将该遮挡信号记录为对应灰度级遮挡像素。颗粒的遮挡程度越大，对应的灰度级越高。
本申请的一种实施例中提供了一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法，该方法基于灰度云成像探头实现，基于该方法可以快速高效地获得液滴尺寸信息，显著提高液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供重要技术支撑。请参考图1，该方法包括：
步骤S10，获取液滴衍射图像。
步骤S20，基于灰度云成像探头对液滴衍射图像进行识别，包括对第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级的遮挡像素进行识别。
其中，第一灰度级的遮挡像素的遮挡率（遮挡程度）小于第二灰度级的遮挡像素的遮挡率，第二灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第三灰度级的遮挡像素的遮挡率。
一种实施例中，第一灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于30%且小于50%，所述第二灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于50%且小于70%，所述第三灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于70%。
步骤S30，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数。
其中，请参考图2，第一灰度级的遮挡像素数包括第一灰度级对应的所有像素数（图2所示实施例中包括28个）。第二灰度级的遮挡像素数包括第二灰度级对应的所有像素数（图2所示实施例中包括28个）。第三灰度级的遮挡像素数包括第三灰度级对应的所有像素数（图2所示实施例中包括24个）。
第一灰度级的边界像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数（图2所示实施例中包括81个）。第二灰度级的边界像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数（图2所示实施例中包括57个）。第三灰度级的边界像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数（图2所示实施例中包括37个）。
第一灰度级的泊松亮斑像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素的总数。一种实施例中，第一灰度级的泊松亮斑像素数，包括：
；
其中，表示第一灰度级的泊松亮斑像素数；/>表示第一灰度级的边界像素数；/>表示第一灰度级的遮挡像素数；/>表示第二灰度级的遮挡像素数；/>表示第三灰度级的遮挡像素数。
图2所示实施例中第一灰度级的泊松亮斑像素数包括1个。
第二灰度级的泊松亮斑像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素和第一灰度级遮挡像素的总数。一种实施例中，第二灰度级的泊松亮斑像素数，包括；
；
其中，表示第二灰度级的泊松亮斑像素数；/>表示第二灰度级的边界像素数。
图2所示实施例中第二灰度级的泊松亮斑像素数包括5个。
第三灰度级的泊松亮斑像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素、第一灰度级遮挡像素和第二灰度级遮挡像素的总数。一种实施例中，第三灰度级的泊松亮斑像素数，包括；
；
其中，表示第三灰度级的泊松亮斑像素数；/>表示第三灰度级的边界像素数。
图2所示实施例中第三灰度级的泊松亮斑像素数包括13个。
本领域技术人员可以理解的，这里的“围成”可以是完全包围的围成，在满足精准度需求的情况下，也可以是有缺口的围成，具体允许的缺口程度，本领域技术人员可以按照实际需求进行设置，例如，可以允许10%、20%，甚至50%的缺口。
步骤S40，计算第二灰度级和第三灰度级各自对应的无量纲定位参数。包括基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数计算第二灰度级和第三灰度级各自对应的无量纲定位参数。一种实施例中，包括：
；
其中，表示第二灰度级对应的无量纲定位参数；/>表示第三灰度级对应的无量纲定位参数；/>表示第一灰度级的遮挡像素数；/>表示第二灰度级的遮挡像素数；/>表示第三灰度级的遮挡像素数。
步骤S50，计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径。包括基于第三灰度级的遮挡像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径。一种实施例中，包括：
；
其中，表示第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，/>表示第三灰度级的遮挡像素数，/>表示灰度云成像探头的分辨率。
步骤S60，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径。包括基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界像素数和泊松亮斑像素数，以及灰度云成像探头的分辨率，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径。一种实施例中，请参考图3，包括：
步骤S601，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界面积等效直径和泊松亮斑直径。包括，基于第一灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的边界面积等效直径，基于第二灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的边界面积等效直径，基于第三灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的边界面积等效直径；基于第一灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第二灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第三灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的泊松亮斑直径。一种实施例中，包括：
，
其中，表示第一灰度级对应的边界面积等效直径，/>表示第二灰度级对应的边界面积等效直径，/>表示第三灰度级对应的边界面积等效直径，表示第一灰度级对应的泊松亮斑直径，/>表示第二灰度级对应的泊松亮斑直径，/>表示第三灰度级对应的泊松亮斑直径。
步骤S602，计算第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，计算第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，计算第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比。一种实施例中，由于
，
又由于
，
，
，
因此可得
。
步骤S603，获取第一液滴无量纲离焦距离、第二液滴无量纲离焦距离和第三液滴无量纲离焦距离。包括基于第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第一灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第一液滴无量纲离焦距离，基于第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第二灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第二液滴无量纲离焦距离，基于第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第三灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第三液滴无量纲离焦距离。
一种实施例中，请参考图4，图4的上半部分为泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，其中，纵坐标轴为泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比（dspot/dedge），横坐标轴为无量纲离焦距离（zd）。因此，获取第一液滴无量纲离焦距离、第二液滴无量纲离焦距离和第三液滴无量纲离焦距离的一种具体实施例可以包括：
采用线性插值法，基于第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，提取第一灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第一液滴无量纲离焦距离；基于第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，提取第二灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第二液滴无量纲离焦距离/>；基于第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，提取第三灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第三液滴无量纲离焦距离/>。
步骤S604，获取第一液滴无量纲离焦距离、第二液滴无量纲离焦距离和第三液滴无量纲离焦距离各自对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比。包括基于第一灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第二灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第二液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第三灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第三液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比。
一种实施例中，请参考图4，图4的下半部分为边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，其中，纵坐标轴为界面积等效直径和液滴修正直径之比（dedge/dc），横坐标轴为无量纲离焦距离（zd）。因此，获取第一液滴无量纲离焦距离、第二液滴无量纲离焦距离和第三液滴无量纲离焦距离各自对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的一种实施例可以包括：
采用线性插值法，基于第一灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比/>；基于第二灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第二液滴无量纲离焦距离/>对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第三灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第三液滴无量纲离焦距离/>对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比。
步骤S605，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径。包括基于第一灰度级的边界面积等效直径和提取的第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第一灰度级对应的液滴修正直径；基于第二灰度级的边界面积等效直径和提取的第二液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第二灰度级对应的液滴修正直径；基于第三灰度级的边界面积等效直径和提取的第三液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第三灰度级对应的液滴修正直径。一种实施例中，包括：
，
其中，表示第一灰度级对应的液滴修正直径；/>表示第二灰度级对应的液滴修正直径；/>表示第三灰度级对应的液滴修正直径。
步骤S70，计算液滴重构直径。包括基于第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，计算液滴重构直径。一种具体实施例中，具体包括：
获取第一无量纲参数阈值、第二无量纲参数阈值和第三无量纲参数阈值。一种实施例中，第一无量纲参数阈值c1=0.49、第二无量纲参数阈值c2=0.5和第三无量纲参数阈值c3=0.5。
情况一：若第三灰度级对应的无量纲定位参数大于或等于第一无量纲参数阈值，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径。一种实施例中，包括：
若，则/>；
其中，表示液滴重构直径。
情况二：若第三灰度级对应的无量纲定位参数小于第一无量纲参数阈值但大于0，则有：若第二液滴无量纲离焦距离等于0，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；若第三液滴无量纲离焦距离大于0且小于第二液滴无量纲离焦距离与第二无量纲参数阈值的乘积，并且，第一液滴无量纲离焦距离大于0且小于第二液滴无量纲离焦距离与第二无量纲参数阈值的乘积，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；其他情况下，将第二灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径。一种实施例中，包括：
若，则/>。
情况三：若第三灰度级对应的无量纲定位参数等于0，则有：若第二灰度级对应的无量纲定位参数大于或等于第三无量纲参数阈值，则将第二灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；若第二灰度级对应的无量纲定位参数大于0且小于第三无量纲参数阈值，则将第一灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径。一种实施例中，包括：
若，则/>。
基于上述方案，在灰度云成像探头的基础上，由于是对液滴衍射图像进行多灰度阈值的识别，并在此基础上获取多灰度阈值的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数，进一步获得第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，从而得到液滴重构直径，使得可以快速高效获得液滴尺寸信息，提高了液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供了重要技术支撑。
一种具体实施例中，请参考图5，图5中给出了典型球形液滴衍射图像。该球形颗粒直径为14δ，无量纲离焦距离zd为1.9，三个灰度级依次选取30% GL, 50% GL 和70% GL，GL为遮挡率的单位。δ为灰度云成像探头的分辨率。根据本申请实施流程，首先计算液滴衍射图像特征参数，计算结果为Nshade,GL1=172，Nshade,GL2=112，Nshade,GL3=88，Nedge,GL1=384，Nedge,GL2=292，Nedge,GL3=120，Nspot,GL1=12，Nspot,,GL2=92，Nspot,GL3=32；然后，计算无量纲定位参数LGL3和LGL2，计算结果为LGL3=0.24和 LGL2=0.3；接着，计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径dshade,GL3、三个灰度级对应的无量纲离焦距离、/>和/>和液滴修正直径dc,GL1、dc,GL2和dc,GL3，计算结果为dshade,GL3=11δ，/>，/>，/>，dc,GL1=13δ，dc,GL2=11δ，dc,GL3=14δ；最后，根据以上计算结果可见/>，因此液滴重构直径dr= dc,GL3=14δ。综上所述，本申请给出的计算方法可以有效重构并获得液滴直径。
本申请的一种实施例中提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有程序，存储的程序包括能够被处理器加载并处理上述任意一实施例中的方法。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，包括：
获取液滴衍射图像；
基于灰度云成像探头对所述液滴衍射图像进行识别，包括对第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级的遮挡像素进行识别；所述第一灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第二灰度级的遮挡像素的遮挡率，所述第二灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第三灰度级的遮挡像素的遮挡率；
计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数；所述第一灰度级的遮挡像素数包括第一灰度级对应的所有像素数，所述第二灰度级的遮挡像素数包括第二灰度级对应的所有像素数，所述第三灰度级的遮挡像素数包括第三灰度级对应的所有像素数；所述第一灰度级的边界像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数，所述第二灰度级的边界像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数，所述第三灰度级的边界像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数；所述第一灰度级的泊松亮斑像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素的总数，所述第二灰度级的泊松亮斑像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素和第一灰度级遮挡像素的总数，所述第三灰度级的泊松亮斑像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素、第一灰度级遮挡像素和第二灰度级遮挡像素的总数；
基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数计算第二灰度级和第三灰度级各自对应的无量纲定位参数；
基于第三灰度级的遮挡像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径；
基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界像素数和泊松亮斑像素数，以及灰度云成像探头的分辨率，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径；
基于第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，计算液滴重构直径。
2.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述第一灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于30%且小于50%，所述第二灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于50%且小于70%，所述第三灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于70%。
3.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述第一灰度级的泊松亮斑像素数，包括：
；
其中，表示第一灰度级的泊松亮斑像素数；/>表示第一灰度级的边界像素数；/>表示第一灰度级的遮挡像素数；/>表示第二灰度级的遮挡像素数；/>表示第三灰度级的遮挡像素数；
所述第二灰度级的泊松亮斑像素数，包括；
；
其中，表示第二灰度级的泊松亮斑像素数；/>表示第二灰度级的边界像素数；
所述第三灰度级的泊松亮斑像素数，包括；
；
其中，表示第三灰度级的泊松亮斑像素数；/>表示第三灰度级的边界像素数。
4.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数计算第二灰度级和第三灰度级各自对应的无量纲定位参数，包括：
；
其中，表示第二灰度级对应的无量纲定位参数；/>表示第三灰度级对应的无量纲定位参数；/>表示第一灰度级的遮挡像素数；/>表示第二灰度级的遮挡像素数；/>表示第三灰度级的遮挡像素数。
5.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第三灰度级的遮挡像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，包括：
；
其中，表示第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，/>表示第三灰度级的遮挡像素数，/>表示灰度云成像探头的分辨率。
6.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界像素数和泊松亮斑像素数，以及灰度云成像探头的分辨率，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，包括：
基于第一灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的边界面积等效直径，基于第二灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的边界面积等效直径，基于第三灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的边界面积等效直径；基于第一灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第二灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第三灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的泊松亮斑直径；
计算第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，计算第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，计算第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比；
基于第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第一灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第一液滴无量纲离焦距离，基于第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第二灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第二液滴无量纲离焦距离，基于第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第三灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第三液滴无量纲离焦距离；
基于第一灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第二灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第二液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第三灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第三液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；
基于第一灰度级的边界面积等效直径和提取的第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第一灰度级对应的液滴修正直径；基于第二灰度级的边界面积等效直径和提取的第二液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第二灰度级对应的液滴修正直径；基于第三灰度级的边界面积等效直径和提取的第三液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第三灰度级对应的液滴修正直径。
7.如权利要求6所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第一灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的边界面积等效直径，基于第二灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的边界面积等效直径，基于第三灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的边界面积等效直径；基于第一灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第二灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第三灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的泊松亮斑直径，包括：
；
其中，表示第一灰度级对应的边界面积等效直径，/>表示第二灰度级对应的边界面积等效直径，/>表示第三灰度级对应的边界面积等效直径，/>表示第一灰度级对应的泊松亮斑直径，/>表示第二灰度级对应的泊松亮斑直径，表示第三灰度级对应的泊松亮斑直径，/>表示第一灰度级的边界像素数，表示第二灰度级的边界像素数，/>表示第三灰度级的边界像素数，表示第一灰度级的泊松亮斑像素数，/>表示第二灰度级的泊松亮斑像素数，/>表示第三灰度级的泊松亮斑像素数，/>表示灰度云成像探头的分辨率；
所述的计算第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，计算第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，计算第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比，包括：
；
其中，表示第一灰度级的遮挡像素数；/>表示第二灰度级的遮挡像素数；/>表示第三灰度级的遮挡像素数；
所述的基于第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第一灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第一液滴无量纲离焦距离，基于第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第二灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第二液滴无量纲离焦距离，基于第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线提取第三灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第三液滴无量纲离焦距离，包括：
采用线性插值法，基于第一灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，提取第一灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第一液滴无量纲离焦距离；基于第二灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，提取第二灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第二液滴无量纲离焦距离/>；基于第三灰度级的泊松亮斑直径与边界面积等效直径之比的理论变化曲线，提取第三灰度级对应的液滴无量纲离焦距离作为第三液滴无量纲离焦距离/>；
所述的基于第一灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第二灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第二液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第三灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第三液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，包括：
采用线性插值法，基于第一灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比/>；基于第二灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第二液滴无量纲离焦距离/>对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；基于第三灰度级的边界面积等效直径和液滴修正直径之比的理论变化曲线，提取第三液滴无量纲离焦距离/>对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比；
所述的基于第一灰度级的边界面积等效直径和提取的第一液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第一灰度级对应的液滴修正直径；基于第二灰度级的边界面积等效直径和提取的第二液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第二灰度级对应的液滴修正直径；基于第三灰度级的边界面积等效直径和提取的第三液滴无量纲离焦距离对应的边界面积等效直径和液滴修正直径之比，计算第三灰度级对应的液滴修正直径，包括：
，
其中，表示第一灰度级对应的液滴修正直径；/>表示第二灰度级对应的液滴修正直径；/>表示第三灰度级对应的液滴修正直径。
8.如权利要求7所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，计算液滴重构直径，包括：
获取第一无量纲参数阈值、第二无量纲参数阈值和第三无量纲参数阈值；
若第三灰度级对应的无量纲定位参数大于或等于第一无量纲参数阈值，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；
若第三灰度级对应的无量纲定位参数小于第一无量纲参数阈值但大于0，则有：若第二液滴无量纲离焦距离等于0，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；若第三液滴无量纲离焦距离大于0且小于第二液滴无量纲离焦距离与第二无量纲参数阈值的乘积，并且，第一液滴无量纲离焦距离大于0且小于第二液滴无量纲离焦距离与第二无量纲参数阈值的乘积，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；其他情况下，将第二灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；
若第三灰度级对应的无量纲定位参数等于0，则有：若第二灰度级对应的无量纲定位参数大于或等于第三无量纲参数阈值，则将第二灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；若第二灰度级对应的无量纲定位参数大于0且小于第三无量纲参数阈值，则将第一灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径。
9.如权利要求8所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述第一无量纲参数阈值c1=0.49、第二无量纲参数阈值c2=0.5和第三无量纲参数阈值c3=0.5；
所述的若第三灰度级对应的无量纲定位参数大于或等于第一无量纲参数阈值，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径，包括：
若，则/> ；
其中，表示液滴重构直径；
所述的若第三灰度级对应的无量纲定位参数小于第一无量纲参数阈值但大于0，则有：若第二液滴无量纲离焦距离等于0，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；若第三液滴无量纲离焦距离大于0且小于第二液滴无量纲离焦距离与第二无量纲参数阈值的乘积，并且，第一液滴无量纲离焦距离大于0且小于第二液滴无量纲离焦距离与第二无量纲参数阈值的乘积，则将第三灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；其他情况下，将第二灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径，包括：
若，则/>；
若第三灰度级对应的无量纲定位参数等于0，则有：若第二灰度级对应的无量纲定位参数大于或等于第三无量纲参数阈值，则将第二灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径；若第二灰度级对应的无量纲定位参数大于0且小于第三无量纲参数阈值，则将第一灰度级对应的液滴修正直径作为液滴重构直径，包括：
若，则/>。
10.一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，存储的程序包括能够被处理器加载并处理如权利要求1到9中任意一项所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法。
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