黃河模型河勢(shì)寬度與表面流速圖像測量方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、本文是在省部共建項(xiàng)目“模型黃河網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)測與處理系統(tǒng)”的資助下完成。
　　 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像技術(shù)的發(fā)展，基于圖像分析及其相關(guān)技術(shù)的測量方法在河工模型試驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了流場的非接觸測量，并得到了快速的發(fā)展及廣泛地應(yīng)用。對(duì)于實(shí)體黃河模型河勢(shì)與流速的測量方法有多種，但多數(shù)方法不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)多點(diǎn)測量,為此本文在實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上建立了一套黃河模型表面流場測量方法，用于實(shí)體模型的河勢(shì)提取，寬度測量以及表面速度場的測量。
　　

2、 本文緊密圍繞圖像測量技術(shù)在實(shí)體河工模型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了河勢(shì)寬度、表面流場測試的原理和實(shí)現(xiàn)方法。首先對(duì)通過攝像機(jī)獲得模型河勢(shì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用濾波和閾值化的方法，根據(jù)不同的測量目的進(jìn)行綜合處理。在進(jìn)行河勢(shì)寬度測量時(shí)，通過對(duì)各種邊緣檢測算子的比較，選取處理效果較優(yōu)的算子，根據(jù)流場圖像的特點(diǎn)，對(duì)算子進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一套全新的邊緣提取方法，將改進(jìn)的自適應(yīng)高低閾值的Canny邊緣檢測算法與形態(tài)學(xué)連通域分割法相結(jié)合，有效的抑制了干擾

3、邊緣，實(shí)現(xiàn)河工模型河勢(shì)的自動(dòng)識(shí)別和提取，再利用示蹤粒子標(biāo)定河道法來確定河道位置，通過計(jì)算河勢(shì)邊緣間像素個(gè)數(shù)，經(jīng)過相應(yīng)的比例轉(zhuǎn)換從而得到河勢(shì)寬度。
　　 在進(jìn)行表面流速測量的過程中，首先在模型河流表面撒播選定的示蹤粒子，通過攝像頭獲取流場序列圖象，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，圖像預(yù)處理后，采用PIV技術(shù)對(duì)表面流速進(jìn)行自動(dòng)測量。處理中，根據(jù)河工模型本身的特點(diǎn)，為了得到更好的效果減少誤差，本文提出了基于自適應(yīng)分析窗口法來確定互相關(guān)

4、計(jì)算的對(duì)應(yīng)窗口大小，并采用Hartley變換的互相關(guān)計(jì)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的FFT變換，對(duì)PIV的測量方法進(jìn)行了改進(jìn)。將改進(jìn)的PIV技術(shù)應(yīng)用到模型表面流場進(jìn)行流速測量，獲得的流速信息誤差小，精度高。最后對(duì)測量數(shù)據(jù)的后處理進(jìn)行了討論，對(duì)流速矢量結(jié)果進(jìn)行剔除和插值，進(jìn)一步提高速度測量精度。
　　 本文采用matlab7.0編制了包括圖像預(yù)處理，河勢(shì)測量和表面流速測量三個(gè)主要功能模塊的測試系統(tǒng)程序，分別在模型試驗(yàn)臺(tái)和具體的實(shí)體黃河模型上進(jìn)行了應(yīng)