基于骨架线约束的流场测量方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及图像处理技术领域，特别涉及一种基于骨架线约束的流场测量方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.流动显示技术，常应用于风洞试验中，用于显示对象(如对象)表面流动区域和结构形态。它对复杂的流动，特别是对各种形式的分离流动和旋涡流动的研究是一种有效的方法。物面附近的流动情况是形成整个空间流动的出发点，在了解物面流动的基础上可以进一步分析和理解空间流动的发展。
3.现有的流场测量算法主要以光流法和互相关法为主，这两种方法在粒子测速中仍有表现不佳之处。
4.基于上述问题，本技术提供一种基于骨架线约束的流场测量技术。


技术实现要素：

5.本技术实施例之一提供基于骨架线约束的流场测量方法。该测量方法包括：获取对象待测区表面的两帧或以上流场图像；基于所述两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取所述对象待测区表面的流场骨架线；基于所述流场骨架线约束互相关窗口，通过所述互相关窗口在所述两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像中巡检，确定出所述对象待测区表面的流场向量。
6.本技术实施例之一提供基于骨架线约束的流场测量系统，所述系统包括获取模块，用于获取对象待测区表面的两帧或以上流场图像；骨架线提取模块，基于所述两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取所述对象待测区表面的流场骨架线；骨架线约束模块，用于获取所述流场骨架线，通过所述流场骨架线约束互相关窗口；流场向量计算模块，用于通过所述互相关窗口在所述两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像中巡检，确定出所述对象待测区表面的流场向量。
7.本技术实施例之一提供一种基于骨架线约束的流场测量装置，包括至少一个存储介质和至少一个处理器，所述至少一个存储介质用于存储计算机指令；所述至少一个处理器用于执行所述计算机指令以实现上述基于骨架线约束的流场测量方法。
8.本技术实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机运行上述基于骨架线约束的流场测量方法。
附图说明
9.本技术将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
10.图1是根据本技术一些实施例所示的对象待测区表面的一帧流场图像；
11.图2是根据本技术一些实施例所示的对象待测区表面的另一帧流场图像；
12.图3是根据本技术一些实施例所示系统的模块图；
13.图4是根据本技术一些实施例所示方法的示例性流程图；
14.图5是根据本技术一些实施例所示方法获得的条纹图像；
15.图6是根据本技术一些实施例所示方法获得的骨架线图；
16.图7是根据本技术一些实施例所示方法的流程图；
17.图8a是根据本技术一些实施例所示的利用光流法获得的流场向量图；
18.图8b是利用现有光流法技术获得的流线图；
19.图8c是利用现有光流法技术获得的热力图；
20.图9a是利用现有互相关法技术获得的流场向量图；
21.图9b是利用现有互相关法技术获得的流线图；
22.图9c是利用现有互相关法技术获得的热力图；
23.图10a是根据本技术一些实施例所示方法获得的流场向量图；
24.图10b是根据本技术一些实施例所示方法获得的流线图；以及
25.图10c是根据本技术一些实施例所示方法获得的热力图。
具体实施方式
26.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
27.应当理解，本文使用的“系统”和/或“装置”、是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
28.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
29.本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，某些步骤可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
30.表面流动显示技术在常规风洞流动显示试验中得到了广泛应用，通过表面流动显示技术能够直观的描述流场中试验模型等对象待测区表面的流动特征。例如，将油剂涂抹在对象待测区表面形成油膜，也可在油剂中混合示踪粒子(如有颜色的显示剂或反光特性的显示剂等)，气流将使油膜沿对象待测区表面流动，在对象待测区表面形成不同的流谱，通过分析对象待测区表面油剂的流动状况，可以获知对象待测区表面的流动特征。目前通过试验中拍摄的流场图像获取对应的流场图(例如，流场向量图、流线图和热力图等)时会
面临一些问题。例如，由于流场图像帧间相似性低，从而使得流场向量计算不准确。
31.本技术实施例提供的基于骨架线约束的流场测量系统可以应用于流动场显示领域中。例如，基于骨架线约束的气动流场测量系统可以应用于风洞试验中，通过获取对象待测区表面的两帧或以上流场图像(见图1和图2)，对获取的两帧或以上流场图像进行相应处理(例如，通过流场图像获取对应的平均图像和条纹图像、提取骨架线、离散点采样、计算流场向量等)后得到对象待测区表面的流场图像(例如，流场向量图、流线图和热力图等)，能够更加准确地显示对象待测区表面的流动区域和结构形态，以便对对象待测区表面复杂的流动(如，分离流动和旋涡流动)进行研究。
32.应当理解的，本说明书中所提到的基于骨架线约束的流场测量系统的应用场景仅仅是本说明书一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以将该基于骨架线约束的流场测量系统应用于其他类似场景，本技术对此不做限制。
33.图1是根据本技术一些实施例所示的对象待测区表面的一帧流场图像；图2是根据本技术一些实施例所示的对象待测区表面的另一帧流场图像。图1和图2中所示的图像可以是拍摄到的连续两帧流场图像。在一些实施例中，通过图1和图2所示的流场图像，可以直接通过流场图像中的流动痕迹曲线观察对象待测区表面的流动情况。在其它的实施例中，可以通过骨架线约束确定出目标帧流场图像及其至少一帧相邻帧流场图像之间的流场向量。进一步的，还可通过该流场向量确定目标帧流场图像和其他至少一帧流场图像之间的流场向量图、流线图或热力图等，从而可以进一步研究对象待测区表面的流动情况。
34.图3是根据本技术一些实施例所示的示例性流场测量系统的模块图。如图3所示，流场测量系统300可以包括获取模块310、骨架线提取模块320、骨架线约束模块330以及流场向量计算模块340。
35.获取模块310可以用于获取对象待测区表面的两帧或以上流场图像。其中，两帧或以上流场图像可以是连续帧图像，在一些情况下也可以是非连续帧图像。在一些实施例中，获取模块310还可以对两帧或以上流场图像分别进行预处理。在一些实施例中，该预处理可以包括灰度处理，可将两帧或以上流场图像均处理成灰度图像。在一些实施例中，预处理还可以包括对两帧或以上流场图像进行亮度均衡化处理，使得多帧流场图像的明暗亮度范围保持基本相同。
36.骨架线提取模块320可以基于所述两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取所述对象待测区表面的流场骨架线。骨架线约束模块330可以用于提取所述流场骨架线，通过所述流场骨架线约束互相关窗口。流场向量计算模块340可以用于通过所述互相关窗口在所述两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像中巡检，确定出所述对象待测区表面的流场向量。
37.应当理解，图3所示的系统及其模块可以利用各种方式来实现。例如，在一些实施例中，系统及其模块可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。其中，硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分则可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域技术人员可以理解上述的方法和系统可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据
载体上提供了这样的代码。本技术的系统及其模块不仅可以有诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用例如由各种类型的处理器所执行的软件实现，还可以由上述硬件电路和软件的结合(例如，固件)来实现。
38.需要注意的是，以上对于系统及其模块的描述，仅为描述方便，并不能把本技术限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接。例如，在一些实施例中，例如，图3中披露的获取模块310、骨架线提取模块320、骨架线约束模块330以及流场向量计算模块340可以是一个系统中的不同模块，也可以是一个模块实现上述的两个或两个以上模块的功能。诸如此类的变形，均在本技术的保护范围之内。
39.图4是根据本技术一些实施例所示的流场测量方法的示例性流程图。如图4所示，流场测量方法400可以包括以下步骤：
40.步骤410，获取对象待测区表面的两帧或以上流场图像。
41.在一些实施例中，步骤410可以由获取模块310执行。
42.在一些实施例中，流场图像可以是指对象待测区表面采用油流法或示踪粒子进行风洞试验时所拍摄的图像。在一些实施例中，两帧或以上流场图像可以是指按时间前后顺序的连续多帧流场图像或非连续多帧流场图像。仅作为示例性说明，按照时间前后顺序依次拍摄的流场图像的序列号为i1、i2、i3、i4、i5……in
，连续多帧流场图像可以为i1、i2、i3、i4等多个序列号连续的流场图像，而非连续多帧流场图像可以为i1、i3、i5、i6等多个序列号不连续的流场图像。
43.在一些实施例中，两帧或以上流场图像可以包括目标帧流场图像以及位于目标帧流场图像前面时刻的至少一帧前帧流场图像和/或位于目标帧后面时刻的至少一帧后帧流场图像。在一些实施例中，目标帧流场图像可以是指两帧或以上流场图像中作为在提取流场骨架线和/或在通过互相关窗口确定流场图像的流场向量过程中的参考图像，具体可以根据实际情况进行选取即某指定帧或特定帧图像，也可以是在实时分析处理中的当前帧图像。仅作为示例性说明，例如，在一些实施例中，可提取相机拍摄的两帧或以上流场图像中的某一帧为目标帧流场图像作为骨架线和/或互相关处理过程的参考图像，并与该目标帧流场图像相邻的某一或某一段前帧流场图像进行基于骨架线约束的流场向量计算。又例如，在一些实施例中，可提取相机拍摄的两帧或以上流场图像中的某一帧为目标帧流场图像作为骨架线和/或互相关处理过程的参考图像，并与该目标帧流场图像相邻的某一或某一段后帧流场图像进行基于骨架线约束的流场向量计算。再例如，在一些实施例中，可提取相机拍摄的两帧或以上流场图像中的某一帧为目标帧流场图像作为骨架线和/或互相关处理过程的参考图像，并与该目标帧流场图像相邻的某一或某一段前帧流场图像及某一或某一段后帧流场图像进行基于骨架线约束的流场向量计算。
44.在一些实施例中，在获取到两帧或以上流场图像(例如，目标帧流场图像、至少一帧前帧流场图像和至少一帧后帧流场图像)后，可以分别进行预处理，该预处理可以包括对两帧或以上流场图像进行亮度均衡化处理，使得两帧或以上流场图像的明暗亮度范围基本相同。两帧或以上流场图像的明暗亮度范围基本相同可以理解为经过亮度均衡化处理后的各帧流场图像的最大亮度值和最低亮度值形成的明暗亮度范围均在预设范围内。仅作为示
例性说明，预设范围为60cd/m
2-80cd/m2，其中，两帧或以上流场图像可以包括第一流场图像和第二流场图像，未经过亮度均衡化处理的第一流场图像和第二流场图像的明暗亮度范围可能分别为50cd/m
2-90cd/m2和52cd/m
2-100cd/m2，经过亮度均衡化处理的第一流场图像和第二流场图像的明暗亮度范围可能分别被调整为62cd/m
2-80cd/m2和60cd/m
2-75cd/m2，其中，经过亮度均衡化处理的第一流场图像和第二流场图像的明暗亮度范围均在预设范围内，从而使得两帧或以上流场图像的明暗亮度范围基本相同。需要注意的是，该预设范围不限于上述的60cd/m
2-80cd/m2，可以根据不同的场景进行适应性调整。流场图像在拍摄过程中由于外部环境(如，光照强度)的变化，拍摄得到的流场图像的明暗亮度也会有所差异，进一步降低了多帧流场图像之间的相似性，不利于流场向量计算。为了将降低各流场图像的明暗亮度对后续流场向量计算的影响，需要将各流场图像的明暗亮度范围调整为基本一致。在一些实施例中，亮度均衡化处理的方法可以包括直方图均衡化、均值法、标准差法等，或其任意组合。需要说明的是，对两帧或以上流场图像进行预处理不限于上述的亮度均衡化处理。
45.在一些实施例中，在获取到两帧或以上流场图像后，还可以分别进行预处理，该预处理对所述两帧或以上流场图像进行灰度处理，得到所述两帧或以上流场图像的灰度图像。需要说明的是，对两帧或以上流场图像进行预处理不限于上述的灰度处理，也可以不限于上述的亮度均衡化处理，比如还可以包括对流场图像的降噪处理，在此不做进一步限定。
46.在一些实施例中，所述预处理过程可以先对所述两帧或以上流场图像进行灰度处理，然后再对灰度图像进行亮度均衡化处理。
47.步骤420，基于两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取所述对象待测区表面的流场骨架线。
48.在一些实施例中，步骤420可以由骨架线提取模块320执行，可以采用边缘检测算法进行骨架线提取处理。在一些实施例中，流场骨架线的提取方法可以包括欧式距离算法、zhangsuen骨架提取算法、dlma骨架提取算法等，或其任意组合。在一些实施例中，流场骨架线是与流场图像的原形状连通性和拓扑结构相一致的细曲线。骨架线(见图6中的白色线条)可以用于显示流场图像中的流动痕迹曲线。
49.在一些实施例中，为了降低或去除流场图像中流动痕迹处的散斑噪声以及解决流动痕迹边缘信息弱的问题，基于两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取所述对象待测区表面的流场骨架线之前，可以包括条纹图处理过程，可以先通过条纹图处理，获取所述两帧或以上的流场图像中的至少一帧流场图像的条纹图像，计为第一条纹图像，并基于第一条纹图像提取对象待测区表面的流场骨架线。这里的至少一帧流场图像可以为目标帧流场图像、位于目标帧流场图像之前时刻的一帧/多帧前帧流场图像或位于目标帧流场图像之后时刻的一帧/多帧后帧流场图像。在一些实施例中，第一条纹图像可以是指反映对象待测区表面处的某个时刻的流动迹线图。如图5所示，图中的白色条纹为对象待测区表面的流动痕迹的条纹图像。在一些实施例中，所述条纹图处理方式可以包括但不限于旋滤波法。作为示例性说明，采用旋滤波法对流场图像进行处理时，通过骨架线提取模块320使流场图像中生成若干条纹灰度等值线，条纹灰度等值线可以是指灰度相同或相近的像素形成的曲线，在本说明书的实施例中，流场图像中的各个流动痕迹曲线可以近似视为条纹灰度等值线，骨架线提取模块320分别沿着各条纹灰度等值线(或流动痕迹曲线)方向进行低通滤波，
从而获取流场图像的条纹图像，即第一条纹图像。
50.在一些实施例中，基于至少两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取流场骨架线之前，还可以包括图像平均处理过程，获取所述两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像的平均图像，并基于所述平均图像提取所述对象待测区表面的流场骨架线。在一些实施例中，图像平均处理可以是指计算两帧或以上流场图像中相互对应的像素点的像素值的平均值。当流场图像还经过灰度处理后时，该平均值可为平均灰度值。在流场图像的采集过程中，由于各种不同的原因(如，亮度变化)，会有一些干扰或噪声混入到流场图像中，本实施例中通过获取两帧或以上流场图像的平均图像可以降低流场图像中的噪声。在一些实施例中，参与平均运算的图像可以包括所述两帧或以上流场图像中的全部或部分图像。在一些实施例中，可以通过目标帧流场图像和多帧前帧流场图像来获取所述平均图像，也可以通过目标帧流场图像和多帧后帧流场图像来获取所述平均图像，还可以通过目标帧流场图像与其多帧前帧和/或后帧流场图像的结合来获取所述平均图像。在一些实施例中，平均图像可以为一个或多个。
51.在一些实施例中，为了降低或去除平均图像中流动痕迹处的散斑噪声以及解决流动痕迹边缘信息弱的问题，基于平均图像提取流场骨架线可以包括通过条纹图处理，获取所述平均图像的条纹图像，计为第二条纹图像，并基于第二条纹图像获取流场骨架线。
52.在一些实施例中，基于平均图像获取第二条纹图像的步骤可以由骨架线提取模块320执行。
53.在一些实施例中，第一条纹图像或第二条纹图像可以是指反映对象待测区表面处的某个时刻的流动迹线图。如图5所示，图中的白色条纹为对象待测区表面的流动痕迹的条纹图像。在一些实施例中，所述条纹图处理方式可以包括但不限于旋滤波法。作为示例性说明，采用旋滤波法对平均图像进行处理时，通过提取模块320使平均图像中生成若干条纹灰度等值线，条纹灰度等值线可以是指灰度相同或相近的像素形成的曲线，在本说明书的实施例中，平均图像中的各个流动痕迹曲线可以近似视为条纹灰度等值线，提取模块320分别沿着各条纹灰度等值线(或流动痕迹曲线)方向进行低通滤波，从而获取平均图像的条纹图像。
54.在一些实施例中，基于第二条纹图像获取流场骨架线的步骤可以由骨架线提取模块320执行。
55.在一些实施例中，基于至少两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取流场骨架线之后，还可以包括图像平均处理过程，在获取多帧流场图像的流场骨架线之后，再对多帧流场骨架线进行图像平均处理，获取相邻帧流场图像之间的平均骨架线，以该平均骨架线来约束互相关窗口。在一些实施例中，可以先通过对至少两帧流场图像求取其平均图像，再基于该平均图像来提取流场骨架线。在一些实施例中，还可以先提取至少两帧流场图像各自相应的流场骨架线，再对该多帧流场骨架线进行平均图像处理，得到平均流场骨架线。
56.在一些实施例中，在基于两帧或以上流场图像中的至少一帧流场图像提取对象待测区表面的流场骨架线之后，可以对流场骨架线进行曲线拟合处理。可以理解，基于前述方法获得的流场骨架线可能在某些区域是断裂的，为了获取连续的流场骨架线，可以通过曲线拟合(或插值)的方式将断裂的部分进行连接。在本说明书的实施例中，通过对流场骨架
线进行曲线拟合可以得到相对平滑连续的流场骨架线曲线，方便后续步骤的进行。对流场骨架线进行曲线拟合的算法可以包括opencv曲线拟合法、圆拟合法、样条曲线拟合法、最小二乘曲线拟合法、贝塞尔曲线拟合法等，或其任意组合。
57.步骤430，基于所述流场骨架线约束互相关窗口。
58.在一些实施例中，步骤430可以由骨架线约束模块330执行。
59.在一些实施例中，在基于所述流场骨架线约束互相关窗口时，需对所述流场骨架线进行离散点采样，通过流场骨架线的离散点来约束互相关窗口的动作。在一些实施例中，可以基于所述流场骨架线自适应调整互相关窗口。例如，可以约束互相关窗口在滑动巡检时的移动路径，还可以约束互相关窗口的窗口大小。离散点可以是指骨架线上对应的若干像素。其中，一个离散点对应一个像素。离散点采样可以是指以骨架线作为基础建立二维空间坐标系，并对骨架线上的点(也被称为像素)进行采样。在本说明书的实施例中，对骨架线进行离散点采样的过程中可以获取骨架线中各个离散点的二维空间坐标，从而便于计算机进行后续处理。在一些实施例中，离散点可以是均匀间隔的或者非均匀间隔的。在一些实施例中，离散点可以是随机选取的。
60.在一些实施例中，基于骨架线进行离散点采样可以包括根据采样频率对骨架线进行离散点采样，采样频率可以与骨架线的密集度呈正相关。密集度可以是指图像中骨架线的疏密程度。在一些实施例中，骨架线的密集度越大，意味着骨架线越密集，此时采样频率可以越高；反之，骨架线的密集度越小，采样频率越低。在其它替代性实施例中，采样频率还可以是预先设置的定值。
61.步骤440，通过所述互相关窗口在所述两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像中巡检，确定对象待测区表面的流场向量。
62.在一些实施例中，该步骤440可以由流量计算模块340执行。
63.在一些实施例中，基于流场骨架线约束互相关窗口，通过互相关窗口在两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像中巡检，确定出对象待测区表面的流场向量可以包括：对流场骨架线进行离散点采样，在流场骨架线的约束下，通过互相关窗口在所述两帧或以上流场图像中的至少两帧流场图像中滑动巡检，分别确定出至少两帧流场图像的互相关窗口中相对应的离散点位置，基于该对应的离散点位置的偏差，计算互相关窗口中各个离散点的流程场向量，滑动巡检完成后，确定出对象待测区表面的流场向量。
64.在一些实施例中，流场骨架线可以是由两帧或以上流场图像的平均图像处理得到的，则该流场骨架线可以近似视为目标帧流场图像和其他至少一帧流场图像的骨架线。由于对象待测区表面的流场在风洞试验中是不断运动的，其他至少一帧流场图像的离散点坐标值相对于目标帧流场图像上的离散点坐标值是发生变化的，即至少一帧流场图像的离散点位置相对于目标帧流场图像上的离散点位置具有偏差。当以流场骨架线上采样的离散点作为目标帧流场图像上的初始点时，由于平均图像的流场骨架线作为约束，该离散点沿着流场骨架线上或流场骨架线附近运动，即其他至少一帧流场图像中与初始点对应的离散点可以在流场骨架线上或流场骨架线附近。在一些实施例中，基于两帧或以上流场图像中其他至少一帧流场图像的离散点坐标值、目标帧流场图像上的离散点(或初始点)坐标值以及流场向量算法可以确定目标帧流场图像与其他至少一帧流场图像之间的流场向量。在一些实施例中，流场向量算法可以包括互相关法。在一些实施例中，互相关算法可以包括互相关
函数算法、离散傅氏变换的快速算法(fft、fast fourier transformation)等。
65.在一些实施例中，流场向量算法为互相关法时，将流场骨架线的离散点作为目标帧流场图像上的初始点，利用流场向量算法处理目标帧流场图像与两帧或以上流场图像中其他至少一帧流场图像，确定目标帧流场图像与其他至少一帧流场图像之间的流场向量时可以根据流场骨架线的密集度调整互相关窗口的大小。在本说明书的实施例中，互相关窗口可以理解为目标帧流场图像和其他至少一帧流场图像中进行互相关运算时分别选取的窗口。互相关窗口可以是目标帧流场图像和其他至少一帧流场图像中位置相同且大小相同的区域。在一些实施例中，通过互相关窗口可以找出其他至少一帧流场图像中与目标帧流场图像的初始点相对应的离散点。不难理解，当其他至少一帧流场图像位于目标帧流场图像之前时，所述与目标帧流场图像的初始点相对应的离散点可以看作是该初始点之前的所处的位置；当其他至少一帧流场图像位于目标帧流场图像之后时，所述与目标帧流场图像的初始点相对应的离散点可以看作是该初始点在气流作用下在后续时刻到达的位置。连接所述初始点到离散点之间的向量箭头可以视为该两点之间的流场向量。
66.在一些实施例中，一种气动流场测量方法还可以包括基于流场向量确定流场图像。流场图像可以是指用于反映流场分布情况的图像。在一些实施例中，基于流场向量确定流场图像的方法可以包括线卷积积分法。在一些实施例中，流场图像可以包括流场向量图、流场流线图、流场热力图等，或其任意组合。
67.应当注意的是，上述有关流程400的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本技术的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本技术的指导下可以对流程400进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本技术的范围之内。
68.图7是根据本技术说明一些实施例提供的一种基于骨架线约束的流场测量方法的流程图。如图7所示，在一些实施例中，当获取模块310获取的流场图像为多帧流场图像，例如，多帧流场图像可以分别为目标帧流场图像in、前帧流场图像i
n-k
和后帧流场图像i
n k
等，其中，i为大于0的整数(例如，i为1、2、3等)，k为整数。需要注意的是，下标n、n-k以及n k的大小表示流场图像前后不同时刻的流场图像，关于n和k的取值可以根据具体情况进行选定。在一些实施例中，多帧流场图像中的目标帧流场图像in、前帧流场图像i
n-k
…
后帧流场图像i
n k
可以是连续多帧流场图像或非连续多帧流场图像。
69.在一些实施例中，对多帧流场图像中的目标帧流场图像in、前帧流场图像i
n-k。。。后帧流场图像i
n k
分别进行亮度均衡化处理，使得目标帧流场图像in、前帧流场图像i
n-k。。。后帧流场图像i
n k
的明暗亮度范围基本相同。流场图像的明暗亮度范围基本相同可以理解为经过亮度均衡化处理后的各帧流场图像的最大亮度值和最低亮度值形成的明暗亮度范围均在预设范围内。关于明暗亮度范围基本相同的具体内容可以参考本技术图4及其相关描述。
70.在一些实施例中，基于亮度均衡化的多帧流场图像获取平均图像。在一些实施例中，平均图像可以是指两帧或以上流场图像中对应像素的平均灰度值。在流场图像的采集过程中，由于各种不同的原因(如，亮度变化)，会有一些干扰或噪声混入到流场图像中，本实施例中通过获取两帧或以上流场图像的平均图像可以降低流场图像中的噪声。
71.在一些实施例中，还可以对多帧流场图像分别进行灰度处理，可将多帧流场图像均处理成灰度图像。需要说明的是，对多帧流场图像进行预处理不限于上述的灰度处理和
亮度均衡化处理，比如还可以包括对流场图像的降噪处理，在此不做进一步限定。在一些实施例中，可以先对多帧流场图像进行灰度处理，然后再对灰度图像进行亮度均衡化处理。在其它实施例中，也可以先对多帧流场图像进行亮度均衡化处理，然后再对灰度图像进行灰度处理。
72.在一些实施例中，获取平均图像的条纹图像。平均图像的条纹图可以是指反映对象待测区表面处的流场流动过程中某个时刻的流动迹线图。如图5所示，图中的白色条纹为流场流动的流动痕迹。流场图像的平均图像可以初步显示对象待测区表面处的流场流动过程中某个时刻的流动痕迹，为了降低或去除条纹图像中流动痕迹处的散斑噪声以及解决流动痕迹边缘信息弱的问题，可以对流场图像的平均图像进行处理，从而获取平均图像的条纹图像。在一些实施例中，对平均图像的处理方式可以包括但不限于旋滤波法。作为示例性说明，采用旋滤波法对平均图像进行处理时，通过骨架线提取模块320使平均图像中生成若干条纹灰度等值线，条纹灰度等值线可以是指灰度相同或相近的像素形成的曲线，在本说明书的实施例中，平均图像中的各个流动痕迹曲线可以近似视为条纹灰度等值线，骨架线提取模块320分别沿着各条纹灰度等值线(或流动痕迹曲线)方向进行低通滤波，从而获取平均图像的条纹图像。
73.在一些实施例中，基于条纹图像提取流场骨架线。流场骨架线可以是指条纹图像中流动痕迹曲线的中心线。流场骨架线(见图6中的白色线条)可以用于显示流场图像中的流动痕迹曲线。在一些实施例中，流场骨架线的提取方法可以包括欧式距离算法、zhangsuen骨架提取算法、dlma骨架提取算法等，或其任意组合。
74.在一些实施例中，对流场骨架线进行曲线拟合处理。可以理解，基于前述方法获得的流场骨架线可能在某些区域是断裂的，为了获取连续的流场骨架线，可以通过曲线拟合(或插值)的方式将断裂的部分进行连接。在本说明书的实施例中，通过对条纹的流场骨架线进行拟合可以得到相对平滑连续的流场骨架线曲线，方便后续步骤的进行。对条纹的流场骨架线进行拟合的算法可以包括opencv曲线拟合法、圆拟合法、样条曲线拟合法、最小二乘曲线拟合法、贝塞尔曲线拟合法等，或其任意组合。
75.在一些实施例中，离散点可以是指骨架线上对应的若干像素。其中，一个离散点对应一个像素。离散点采样可以是指以流场骨架线作为基础建立二维空间坐标系，并对流场骨架线上的点(也被称为像素)进行采样。在本说明书的实施例中，对流场骨架线进行离散点采样的过程中可以获取流场骨架线中各个离散点的二维空间坐标，从而便于计算机进行后续处理。在一些实施例中，离散点可以是均匀间隔的或者非均匀间隔的。在一些实施例中，离散点可以是随机选取的。
76.在一些实施例中，基于流场骨架线进行离散点采样。在一些实施例中，基于流场骨架线进行离散点采样可以包括根据采样频率对流场骨架线进行离散点采样，采样频率可以与骨架线的密集度呈正相关。密集度可以是指图像中流场骨架线的疏密程度。在一些实施例中，流场骨架线的密集度越大，意味着流场骨架线越密集，此时采样频率可以越高；反之，流场骨架线的密集度越小，采样频率越低。在其它替代性实施例中，采样频率还可以是预先设置的定值。
77.在一些实施例中，确定目标帧流场图像与其他至少一帧流场图像之间的流场向量时可以根据骨架线的密集度调整互相关窗口的大小(即图7中所示的“互相关窗口自适
应”)。在本说明书的实施例中，互相关窗口可以理解为目标帧流场图像in和其他至少一帧流场图像(例如，前帧流场图像i
n-k
和后帧流场图像i
n k
)中进行互相关运算时分别选取的窗口。互相关窗口可以是目标帧流场图像前帧流场图像in和前帧流场图像i
n-k
或后帧流场图像i
n k
中位置相同且大小相同的区域。在一些实施例中，通过互相关窗口可以找出前帧流场图像i
n-k
或后帧流场图像i
n k
中与目标帧流场图像in的初始点相对应的离散点。不难理解，当其他至少一帧流场图像为位于目标帧流场图像in之前的前帧流场图像i
n-k
时，所述与目标帧流场图像in的初始点相对应的离散点可以看作是该初始点之前的所处的位置；当其他至少一帧流场图像位于目标帧流场图像in之后的后帧流场图像i
n k
时，所述与目标帧流场图像in的初始点相对应的离散点可以看作是该初始点在气流作用下在后续时刻到达的位置。连接所述初始点到离散点之间的矢量箭头可以视为该两点之间的流场向量。在一些实施例中，互相关窗口的大小与流场骨架线的密集度呈负相关。例如，流场骨架线的密度值越大，互相关窗口越小；流场骨架线的密度值越小，互相关窗口越大。
78.在一些实施例中，确定目标帧流场图像和其他至少一帧流场图像之间的流场向量。在一些实施例中，流场骨架线可以是由两帧或以上流场图像的平均图像处理得到的，则该流场骨架线可以近似视为目标帧流场图像和其他至少一帧流场图像的骨架线。由于对象待测区表面的流场在风洞试验中是不断运动的，其他至少一帧流场图像的离散点坐标值相对于目标帧流场图像上的离散点坐标值是发生变化的。当以流场骨架线上采样的离散点作为目标帧流场图像上的初始点时，由于平均图像的骨架线作为约束，该离散点沿着骨架线上或骨架线附近运动，即其他至少一帧流场图像中与初始点对应的离散点可以在流场骨架线上或流场骨架线附近。基于两帧或以上流场图像中其他至少一帧流场图像的离散点坐标值、目标帧流场图像上的离散点(或初始点)坐标值以及流场向量算法可以确定目标帧流场图像与其他至少一帧流场图像之间的流场向量。在一些实施例中，流场向量算法可以包括互相关法。在一些实施例中，互相关算法可以包括互相关函数算法、离散傅氏变换的快速算法(fft、fast fourier transformation)等。
79.在一些实施例中，基于骨架线约束的气动流场测量方法还可以包括基于流场向量确定流场图。流场图可以是指用于反映流场分布情况的图像。在一些实施例中，基于流场向量确定流场图的方法可以包括线卷积积分法。在一些实施例中，流场图可以包括流场向量图、流场流线图、流场热力图等，或其任意组合。
80.关于本说明书实施例提供的气动流场测量方法的气动流场测量的效果，分析如下：
81.图8a是利用现有光流法技术获得的流场向量图；图8b是利用现有光流法技术获得的流线图；图8c是利用现有光流法技术获得的热力图；图9a是利用现有互相关法技术获得的流场向量图；图9b是利用现有互相关法技术获得的流线图；图9c是利用现有互相关法技术获得的热力图；图10a是根据本技术一些实施例所示的流场测量方法获得的流场向量图；图10b是根据本技术一些实施例所示的流场测量方法获得的流线图；图10c是根据本技术一些实施例所示的流场测量方法获得的热力图。
82.流场向量图可以显示并表明流场中每个离散点的流场方向，如图1、图2、图8a、图9a以及图10a所示，图10a中的流场向量相对于图8a和图9a中的流场向量与图1和图2中的流动痕迹曲线的运动情况更为贴近，由此可见通过本说明书中的流场测量方法计算得到的流
场向量更为精准。流线图可以显示说明流场的整体运动趋势，如图1、图2、图8b、图9b以及图10b所示，图10b中的流场线相对于图8b和图9b中流场线与图1和图2中的流动痕迹曲线的运动情况大体一致，由此可见通过本说明书中的流场测量方法计算得到的流线图更为精准。热力图可以更为直观的显示和表明流场中的异常点，便于分析和判断流场中的湍流结构，如图1、图2、图8c、图9c以及图10c所示，图10c相对于图8c和图9c更能准确体现图1和图2中的湍流结构，由此可见通过本说明书中的流场测量方法计算得到的热力图更为精准。由此可知，本说明书实施例提供的基于骨架线约束的流场测量方法测量的流场向量更为准确。
83.本说明书实施例还提供一种基于骨架线约束的流场测量装置，该装置可以包括处理器以及存储器；存储器用于存储指令，指令被处理器执行时，该装置可以实现上述流场测量方法对应的操作。
84.本说明书实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机可以运行上述流场测量方法。
85.本技术实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)在使用流场向量算法计算两帧流场图像之间的流场向量时，基于平均图像的流场骨架线作为约束(即提取流场骨架线上的点作为流场向量算法的初始点)，以保证流场曲线与实际的流场图像保持相对一致，避免出现较大曲线误差的情况；(2)流场在一定时间内具有相对均匀流速流向的性质，基于两帧或以上相邻流场图像获得的流场骨架线作为最终约束，使得最终的流场曲线图像相对平滑；(3)根据流场骨架线密集度进行离散点采样以及采用互相关窗口对流场向量进行互相关计算，使得流场向量的计算结果更准确、合理；(4)在提取流动痕迹曲线(流场骨架线)时，采用旋滤波法的平均图像进行处理可以有效降低平均图像的噪声与散斑特征。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。
86.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
87.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
88.此外，本领域技术人员可以理解，本技术的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本技术的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
89.计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基
带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、rf、或类似介质，或任何上述介质的组合。
90.本技术各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如java、scala、smalltalk、eiffel、jade、emerald、c 、c#、vb.net、python等，常规程序化编程语言如c语言、visual basic、fortran 2003、perl、cobol 2002、php、abap，动态编程语言如python、ruby和groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(lan)或广域网(wan)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(saas)。
91.此外，除非权利要求中明确说明，本技术所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本技术流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本技术实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
92.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
93.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
94.针对本技术引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本技术作为参考。与本技术内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本技术权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本技术中的)也除外。需要说明的是，如果本技术附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本技术所述内容有不一致或冲突的地方，以本技术的描述、定义和/或术语的使用为准。
95.最后，应当理解的是，本技术中所述实施例仅用以说明本技术实施例的原则。其他
的变形也可能属于本技术的范围。因此，作为示例而非限制，本技术实施例的替代配置可视为与本技术的教导一致。相应地，本技术的实施例不仅限于本技术明确介绍和描述的实施例。