本申请涉及风洞油流图像处理技术领域，具体而言，涉及一种风洞油流图像处理方法、装置及系统。
背景技术：
在风洞试验中，油流试验是借助于物理手段使气流绕模型流动的某些特征以画面的形式显示出来的试验方法。
油流试验技术作为风洞试验流动显示技术之一，其通过将一定黏度的特定油剂与示踪粒子粉末染料均匀混合体喷涂在模型表面，涂料在绕模型气流的剪切力作用下，油挟带着颜料粉末随气流运动，在模型表面形成油流图谱。通过对油流方向、油膜厚薄变化及图谱分析，可以了解物面流场中奇点的分布规律，判读绕流流经物面形成的附流、气泡、漩涡、激波及分离等气动特征，以进一步揭示不同外形试验模型的表面流动规律，并为合理解释试验数据或了解某些流动现象产生的机理提供依据。
然而，相关技术的高速风洞油流试验方法只能根据获得的油流图谱对模型表面的流动分布规律等进行定性分析，缺乏一定的客观性和准确性。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种风洞油流图像处理方法、装置及系统，对模型表面的流动分布规律等进行定量分析，具有较佳的客观性和准确性。
第一方面，本申请实施例提供了一种风洞油流图像处理方法，所述方法包括：
获取气流在携带有示踪粒子的试验模型的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像；
确定所述示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；
依据确定的位置信息，计算所述示踪粒子的运动信息。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述确定所述示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息，包括：
针对每帧风洞油流图像进行分割处理，得到该帧风洞油流图像的多个油流图像区域；
从分割处理的一帧风洞油流图像中，选取参考油流图像区域，所述参考油流图像区域中包括有一个或多个示踪粒子；
计算所述参考油流图像区域分别与目标帧风洞油流图像的各油流图像区域的互相关度；
获取最大互相关度对应的目标帧风洞油流图像的油流图像区域，得到所述参考油流图像区域中的示踪粒子在所述目标帧风洞油流图像中的位置信息。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
获取所述试验模型在所述目标帧风洞油流图像的抖动量；
所述依据确定的位置信息，计算所述示踪粒子的运动信息，包括：
基于所述参考油流图像区域中的示踪粒子在所述目标帧风洞油流图像中的位置信息和所述抖动量，确定所述参考油流图像区域中的示踪粒子的运动信息。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述试验模型表面设置有标记点，所述获取所述试验模型在所述目标帧风洞油流图像的抖动量，包括：
获取参考油流图像；
将所述目标帧风洞油流图像与所述参考油流图像进行比对处理，确定所述标记点相对所述参考油流图像的偏移量，所述偏移量用于表征所述抖动量。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
根据所述示踪粒子的运动信息，确定所述气流在所述试验模型上产生的剪切应力。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据如下公式确定所述剪切应力：
其中，所述
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述示踪粒子为二氧化钛粒子，所述二氧化钛粒子的粒径为1微米。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述油流试剂的粘度为12000毫帕·秒。
第二方面，本申请实施例还提供了一种风洞油流图像处理装置，所述装置包括：
图像获取模块，用于获取气流在携带有示踪粒子的试验模型的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像；
位置信息确定模块，用于确定所述示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；
运动信息计算模块，用于依据确定的位置信息，计算所述示踪粒子的运动信息。
第三方面，本申请实施例还提供了一种风洞油流图像处理系统，所述系统包括：第二方面所述的风洞油流图像处理装置，还包括：图像采集装置和试验模型；
所述图像采集装置，用于采集气流在携带有示踪粒子的所述试验模型的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像；
所述风洞油流图像处理装置，用于获取所述连续多帧风洞油流图像，确定所述示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；依据确定的位置信息，计算所述示踪粒子的运动信息。
本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法，其首先获取气流在携带有示踪粒子的试验模型的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像；然后确定所述示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；最后依据确定的位置信息，计算所述示踪粒子的运动信息。通过本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法、装置及系统，其根据确定连续多帧风洞油流图像中示踪粒子的位置信息来计算对应的运动信息，该运动信息包括运动大小、运动方向及运动轨迹等信息，从而实现对模型表面的流动分布规律的定量分析，具有较佳的客观性和准确性。
为使本申请实施例的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种风洞油流图像处理系统的结构示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种风洞油流图像处理方法的流程图；
图3示出了本申请实施例所提供的另一种风洞油流图像处理方法的流程图；
图4示出了本申请实施例所提供的另一种风洞油流图像处理方法的流程图；
图5示出了本申请实施例所提供的一种风洞油流图像处理装置的结构示意图；
图6示出了本申请实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。
主要元件符号说明：
1、图像采集装置；2、试验模型；3、风洞油流图像处理装置；4、风洞试验段；5、光学玻璃窗口；6、支杆；7、标记点；31、图像获取模块；32、位置信息确定模块；33、运动信息计算模块；34、抖动量获取模块；35、剪切应力确定模块；1000、存储器；2000、处理器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
考虑到相关技术中的高速风洞油流试验方法只能根据获得的油流图谱对模型表面的流动分布规律等进行定性分析，缺乏一定的客观性和准确性。基于此，本申请实施例提供了一种风洞油流图像处理方法、装置及系统，对模型表面的流动规律等进行定量分析，具有较佳的客观性和准确性。
为了便于理解本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法、装置及系统，现首先对本申请实施例提供的风洞油流图像处理系统进行简单说明。参见图1，上述风洞油流图像处理系统包括图像采集装置1、试验模型2以及风洞油流图像处理装置3，其中，图像采集装置1，用于采集气流在携带有示踪粒子的试验模型2的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像；风洞油流图像处理装置3，用于获取连续多帧风洞油流图像，确定示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；依据确定的位置信息，计算示踪粒子的运动信息，其根据确定连续多帧风洞油流图像中示踪粒子的位置信息来计算对应的运动信息，该运动信息包括运动大小、运动方向及运动轨迹等信息，从而实现对模型表面的流动分布规律的定量分析，具有较佳的客观性和准确性。
接下来对本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法进行详细的阐述。
参见图2所示的本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法的流程图，上述方法具体包括如下步骤：
s101、获取气流在携带有示踪粒子的试验模型2的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像。
这里，风洞油流图像是基于上述图像采集装置1采集的。如图1所示，上述图像采集装置1由两个相机组成，且安装于风洞试验段上壁面的光学玻璃窗口5处，用于拍摄试验模型2及其表面的风洞油流图像。本申请在进行风洞油流试验之前，还会事先将调配好的携带有示踪粒子的油流试剂均匀涂于试验模型2的表面，且试验模型2被支杆6支撑并安装于风洞试验段4内。试验开始后，如图1中所示的布局而言，如果气流从左自右吹向试验模型2，那么，试验模型2上的油流试剂将携带着示踪粒子发生运动，图像采集装置1通过抓拍，即可获取连续多帧风洞油流图像。
值得说明的是，为了能够实现定性地显示模型表面的流动结构又能定量给出流动分布规律定量数据的目的，本申请实施例对包含有一定黏度的特定油剂与示踪粒子粉末染料的油流试剂进行了针对性的调配。考虑到相关技术中的风洞油流试验旨在进行定性显示的目的，所以采用的油流试剂的粘度通常不会太大，本申请为了兼顾定性显示和定量分析的目的，对于油流试剂的粘度既不能过大又不能过小。因为粘度小了，油流试剂在气流作用下运动过快，可能导致示踪粒子在某些部位堆积而影响后期定量分析的精度。如果粘度太大了，油流试剂在气流的作用下无法被吹动，则无法显示出气流的运动轨迹。综合考虑并经过多次试验调试之后，本申请在气流速度范围为马赫数0.6～0.8之间时，采用的油流试剂的粘度为12000毫帕·秒。
另外，本申请实施例还考虑到相关技术中为了便于实现定性显示，往往选用粒径较小的二氧化钛纳米粒子。但是这种粒子的粒径过小，在当前高速风洞如此大空间的测量范围内，不利于提高后期分析的分辨率，从而造成误差。本申请实施例通过反复调试，可以选用粒径为1微米的二氧化钛粒子。考虑到本申请实施例中的油流试剂是基于一定黏度的特定油剂与示踪粒子粉末染料均匀混合得到的，那么，在综合粘性和粒子选择这两个约束条件下，本申请实施例选用自身粘度为200毫帕·秒的机油作为油剂。
s102、确定示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；
s103、依据确定的位置信息，计算示踪粒子的运动信息。
这里，本申请实施例根据获取得到的所有帧风洞油流图像，可以确定示踪粒子在各帧风洞油流图像中的位置信息，然后依据确定的位置信息，计算示踪粒子的运动信息。由于示踪粒子的运动是在气流的作用下发生的，它的运动方向、运动大小和运动轨迹能够反映气流的运动情况。这样，本申请实施例基于上述示踪粒子的运动信息便可以确定气流在试验模型2上产生的剪切应力。
考虑到采集到的各帧风洞油流图像之间是具有一定相关性的，那么，示踪粒子的运动也具备一定的相关性，因此，本申请实施例可以基于相邻帧风洞油流图像之间的互相关度确定示踪粒子在相邻帧图像上的运动信息，还可以基于任意选取的两帧风洞油流图像之间的互相关度确定示踪粒子在任意两帧图像上的运动信息，不管是相邻帧还是任意两帧都存在对应于图像获取的时间差，但本申请实施例中时间差一般不能间隔太长，通常不大于0.1秒。
本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法是基于示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息确定对应示踪粒子的运动信息的，参见图3，上述位置信息的确定具体包括如下步骤：
s201、针对每帧风洞油流图像进行分割处理，得到该帧风洞油流图像的多个油流图像区域；
s202、从分割处理的一帧风洞油流图像中，选取参考油流图像区域，参考油流图像区域中包括有一个或多个示踪粒子；
s203、计算参考油流图像区域分别与目标帧风洞油流图像的各油流图像区域的互相关度；
s204、获取最大互相关度对应的目标帧风洞油流图像的油流图像区域，得到参考油流图像区域中的示踪粒子在目标帧风洞油流图像中的位置信息。
这里，本申请实施例将获取的所有帧风洞油流图像均进行分割处理，得到对应于每帧风洞油流图像的多个油流图像区域。本申请可以从t时刻采集的某一帧风洞油流图像中确定参考油流图像区域，对于该参考油流图像区域而言，本申请实施例计算参考油流图像区域分别与t+δt采集的目标帧风洞油流图像的各油流图像区域的互相关度，该互相关度用于表征两个油流图像区域之间的相关程度，确定最大互相关度对应的目标帧风洞油流图像的油流图像区域，并根据确定的目标帧风洞油流图像的油流图像区域，得到参考油流图像区域中的示踪粒子在目标帧风洞油流图像中的位置信息。基于该位置信息与参考油流图像区域对应的位置信息之间的相对位置信息，以及相应的时间差δt，即可确定示踪粒子的运动信息。
为了进一步提高定量测量的精度，本申请实施例不仅考虑到示踪粒子自身的运动，还考虑到了在试验过程中，试验模型2受气流冲击所发生的不可预测的抖动。因此，本申请实施例可以基于参考油流图像区域中的示踪粒子在目标帧风洞油流图像中的位置信息和抖动量，确定参考油流图像区域中的示踪粒子的运动信息。
值得说明的是，本申请实施例中的位移信息可以是矢量的位移信息，那么确定的运动信息也是矢量的运动信息。
为了便于对试验模型2的抖动量进行确定，如图1所示，本申请实施例还预先在试验模型2的表面做了标记点7，该标记点7可以是十字还可以是圆圈。这样，图像采集装置1获取的每帧风洞油流图像均包括标记点7。那么，本申请实施例利用精确加工的标定板对两个相机的自身姿态进行标定，然后再利用参考油流图像和目标帧风洞油流图像之间的图像的对比结果，即可确定对应于试验模型2的抖动量。
其中，本申请实施例中确定抖动量的计算方法也可以采用互相关算法，在未开始试验之前通过两台相机采集参考油流图象，获得相机姿态以及模型上标记点的位置信息，并在试验过程中通过两台相机连续采集试验图像(也即目标帧风洞油流图像)，两台相机采集的试验图像分别与参考油流图象进行互相关计算得到标记点的位移信息，通过该位移信息即可确定对应于试验模型2的抖动量。本申请实施例中之所以利用两台相机进行图像采集，是考虑到对应于试验模型2的抖动量是三维的，而单相机无法得到空间位置信息，两台相机利用双目成像原理是能够得到的。
参见图4所示的确定抖动量的流程图，上述抖动量确定具体包括如下步骤：
s301、获取参考油流图像；
s302、将目标帧风洞油流图像与参考油流图像进行比对处理，确定标记点7相对参考油流图像的偏移量，偏移量用于表征抖动量。
这里，本申请实施例将目标帧风洞油流图像与参考油流图像进行比对处理从而确定标记点7相对参考油流图像的偏移量，抖动量由上述偏移量表征。
其中，上述参考油流图像指的是在没有气流情况下图像采集装置1采集的图像。上述偏移量包括三个方向(即x方向、y方向和z方向)的分量，x方向与支杆6方向平行，指向试验模型2后方，y方向与x方向垂直且竖直向上，z方向则垂直于x-y平面，且指向满足右手定则。可见，上述抖动量也是矢量。
本申请实施例提供的风洞油流图像处理方法可以根据示踪粒子的运动信息，确定气流在试验模型2上产生的剪切应力。具体通过如下公式确定剪切应力：
其中，
可见，本申请实施例提供的风洞油流图像处理不仅可以对流动分布规律进行定性分析，还可以通过剪切应力的计算实现定量分析，客观性和准确性均较好。
基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与风洞油流图像处理方法对应的风洞油流图像处理装置3，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请实施例上述风洞油流图像处理方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。如图5所示，为本申请实施例所提供的风洞油流图像处理装置3的结构示意图，该风洞油流图像处理装置3包括：
图像获取模块31，用于获取气流在携带有示踪粒子的试验模型的表面运动所产生的连续多帧风洞油流图像；
位置信息确定模块32，用于确定示踪粒子分别在各帧风洞油流图像中的位置信息；
运动信息计算模块33，用于依据确定的位置信息，计算示踪粒子的运动信息。
在具体实施中，上述位置信息确定模块32，具体用于针对每帧风洞油流图像进行分割处理，得到该帧风洞油流图像的多个油流图像区域；从分割处理的一帧风洞油流图像中，选取参考油流图像区域，参考油流图像区域中包括有一个或多个示踪粒子；计算参考油流图像区域分别与目标帧风洞油流图像的各油流图像区域的互相关度；获取最大互相关度对应的目标帧风洞油流图像的油流图像区域，得到参考油流图像区域中的示踪粒子在目标帧风洞油流图像中的位置信息。
上述风洞油流图像处理装置3还包括：
抖动量获取模块34，用于获取试验模型在目标帧风洞油流图像的抖动量；
运动信息计算模块33，具体用于基于参考油流图像区域中的示踪粒子在目标帧风洞油流图像中的位置信息和抖动量，确定参考油流图像区域中的示踪粒子的运动信息。
在具体实施中，上述抖动量获取模块34，具体用于获取参考油流图像；将目标帧风洞油流图像与参考油流图像进行比对处理，确定标记点相对参考油流图像的偏移量，偏移量用于表征抖动量。
上述风洞油流图像处理装置3还包括：
剪切应力确定模块35，用于根据示踪粒子的运动信息，确定气流在试验模型上产生的剪切应力。
其中，根据如下公式确定剪切应力：
其中，
另外，示踪粒子为二氧化钛粒子，二氧化钛粒子的粒径为1微米，油流试剂的粘度为12000毫帕·秒。
对应于图2至图4中的风洞油流图像处理方法，本申请实施例还提供了一种计算机设备，如图6所示，该设备包括存储器1000、处理器2000及存储在该存储器1000上并可在该处理器2000上运行的计算机程序，其中，上述处理器2000执行上述计算机程序时实现上述风洞油流图像处理方法的步骤。
具体地，上述存储器1000和处理器2000能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器2000运行存储器1000存储的计算机程序时，能够执行上述风洞油流图像处理方法，从而解决相关技术中的高速风洞油流试验方法只能根据获得的油流图谱对模型表面的流动分布规律等进行定性分析，缺乏一定的客观性和准确性的问题，进而达到较佳的客观性和准确性的效果。
对应于图2至图4中的风洞油流图像处理方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述风洞油流图像处理方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述风洞油流图像处理方法，从而解决相关技术中的高速风洞油流试验方法只能根据获得的油流图谱对模型表面的流动分布规律等进行定性分析，缺乏一定的客观性和准确性的问题，进而达到较佳的客观性和准确性的效果。
本申请实施例所提供的风洞油流图像处理方法、装置及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。