一种基于阈值的离心机试验图像处理方法与流程

本公开一般地涉及离心机试验图像处理和图像质量分析，特别地涉及一种基于阈值的离心机试验图像处理方法。

背景技术：

1、近年来，离心模型试验在岩土工程及地质灾害防治领域得到了广泛的应用。目前对试验过程中模型表面变形的非接触式监测手段主要有激光位移传感器监测法和粒子图像测速法两种。激光位移传感器监测法利用架设在模型上的传感器监测试验过程中模型表面某处的位移，粒子图像测速法通过对多张图片进行互相关运算，获取整个相场的粒子速度及流动方向。

2、激光位移传感器监测法虽能真实的反映测量处的位置变化情况，但一个激光位移传感器只能获得一个测量点的位移变化情况，要想了解整个模型表面在试验过程中的位移变化情况就需要布置较多的传感器，这既不经济又因空间限制而难以在离心模型试验中开展。而粒子图像测速法对图像的质量要求很高，必须保证所有图像的光照条件不变，微小的光线变化就可能引起结果不稳定。伴随着离心模型试验过程中的离心机旋转，试验平台的升降，试验过程中采集的图像不可避免的存在阴影、亮度不均的现象，应用此类图像进行粒子图像测速法互相关计算时就无法得到良好的效果。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种基于阈值的离心机试验图像处理方法，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种基于阈值的离心机试验图像处理方法。该方法包括：在离心机试验中采集针对至少一个标志点的一组图像，至少一个标志点以预定方式设置在试验模型上并且与试验模型在离心机试验中的变形相关联；确定一组图像中每个图像的至少一个第一参数；基于一组图像中特定类型图像的第一参数，确定第一参数阈值范围；基于第一参数和第一参数阈值范围，得到与第一参数对应的待分割目标图像；确定待分割目标图像中每个图像的第二参数以及第三参数，以基于第二参数和第三参数确定图像分割阈值，其中第二参数用于表征待分割目标图像中的标志点并且第三参数用于表征待分割目标图像中的非标志点；以及利用图像分割阈值，对待分割目标图像进行分割，以得到包括至少一个标志点的已分割目标图像。

3、在根据本公开的实施例中，能够通过双阈值相结合的方式进行图像质量评价和阈值分割，快速且准确地获得试验全过程岩土体表面变形情况，同时可以大大减少数据处理量，提升试验效率。本公开的实施例在标志点提取之前通过设置第一参数阈值进行图像质量评价，剔除欠曝、过曝、明暗差异过小、过大的图像，减小了离心机运行过程光线变化对图像识别效果的影响，获取的结果能够和位移传感器采集得到的真实数据对应，弥补了粒子图像测速法在不稳定光场中效果差的缺陷。其次，本公开的实施例对筛选后的高质量图像再次利用阈值法进行分割，将标志点图像精确分离，确保离心机试验的试验模型结果测量的准确性。

4、在一些实施例中，利用图像分割阈值，对待分割目标图像进行分割包括：在分割过程中微调图像分割阈值，其中图像分割阈值由第二参数和第三参数的差异而动态设定。在这样的实施例中，针对已通过质量筛选的待分割目标图像采用分割阈值法来分割图像时，动态阈值使得标志点的分割更加准确，达到最好的分割效果。

5、在一些实施例中，方法还包括：对已分割目标图像进行滤波与腐蚀处理；对已分割目标图像的标志点或标志点所处的区域进行编号并且确定已分割目标图像中的标志点和待分割目标图像中的标志点的对应性；以及响应于确定到已分割目标图像中的标志点和待分割目标图像中的标志点具有对应性，获取已分割目标图像中标志点的坐标信息、编号和时间信息。在这样的实施例中，能够减少细微噪点的影响，并且通过对比已分割目标图像和最初采集的图像中标志点的采集情况，能够检查标志点提取情况，确保没有漏提取、多提取的情形。

6、在一些实施例中，方法还包括：基于已分割目标图像中各个图像的标志点的坐标信息、编号和时间信息，检验坐标信息的准确性；以及将通过检验的坐标信息换算为标志点在试验过程中的真实位移，以得到标志点的位移变化曲线、速度变化曲线以及加速度变化曲线中的至少一者。在这样的实施例中，能够有效剔除异常数据，或者能够使得重新对目标数据进行提取。

7、在一些实施例中，基于已分割目标图像中各个图像的标志点的坐标信息、编号和时间信息，检验坐标信息的准确性包括：判断每个时刻每个标志点的坐标值变化量是否符合标志点运动速度推测的坐标值变化区间；若响应于判断到变化量符合坐标值变化区间，保留相应时刻标志点的坐标信息；若响应于判断到变化量不符合坐标值变化区间，微调图像分割阈值，重新获取坐标信息并重新确定变化量；以及若响应于判断到变化量多次不符合坐标值变化区间，省略相应时刻标志点的坐标信息。在这样的实施例中，能够基于标志点运动大致速度推测的坐标值变化区间判断目标标志点数据的可用性。

8、在一些实施例中，将通过检验的坐标信息换算为标志点在试验过程中的真实位移，以得到标志点的位移变化曲线、速度变化曲线以及加速度变化曲线中的至少一者包括：基于在试验模型实际设置标志点的点间距反演已分割目标图像中每一像素所对应的实际距离；以及将标志点的像素坐标值变化量转换为实际的物理距离变化量。在这样的实施例中，能够得到所有标志点试验全过程的目标测量曲线，为后续分析提供数据基础。

9、在一些实施例中，将通过检验的坐标信息换算为标志点在试验过程中的真实位移，以得到标志点的位移变化曲线、速度变化曲线以及加速度变化曲线中的至少一者包括：根据相机成像平面与试验模型表面的夹角对获取的变形数据进行斜面矫正，将视变形换算为试验模型表面的真实变形。在这样的实施例中，能够获得斜面的真实标志点位移、速度和加速度参数的变化。

10、在一些实施例中，在离心机试验中采集针对至少一个标志点的一组图像包括：根据试验模型选取预定颜色与大小的标志点；预估试验模型的变形方向及变形速度，选取标志点布置方位与间距；以及标志点布设完成后，调节相机拍摄参数及视角。在这样的实施例中，能够使得图像达到较好的反差效果，进一步使得标志点的大小与模型尺寸相适应，保证在相机拍摄的图像中标志点清晰度。

11、在一些实施例中，标志点的间距大于相机连续拍摄两张图像时间内试验模型表面变形的最大值。在这样的实施例中，能够防止图像后处理时标志点编号出现混乱。

12、在一些实施例中，方法还包括：第一参数包括：明度平均值以及明度标准差中的至少一者；和/或第一参数阈值范围包括：明度平均值阈值范围以及明度标准差阈值范围中的至少一者；和/或第二参数或第三参数中的至少一者包括：像素颜色参数；和/或特定类型图像包括：正常图像、过曝图像、欠曝图像以及明暗差异过大图像中的一者或多者。在这样的实施例中，提供了具体可行的双阈值方法的图像分割所涉及的阈值参数。

13、应当理解，
技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种基于阈值的离心机试验图像处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述图像分割阈值，对所述待分割目标图像进行分割包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述已分割目标图像中各个图像的所述标志点的所述坐标信息、所述编号和所述时间信息，检验所述坐标信息的准确性包括：

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将通过检验的所述坐标信息换算为所述标志点在所述试验过程中的真实位移，以得到所述标志点的位移变化曲线、速度变化曲线以及加速度变化曲线中的至少一者包括：

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将通过检验的所述坐标信息换算为所述标志点在所述试验过程中的真实位移，以得到所述标志点的位移变化曲线、速度变化曲线以及加速度变化曲线中的至少一者包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述离心机试验中采集针对至少一个标志点的一组图像包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述标志点的间距大于相机连续拍摄两张图像时间内所述试验模型表面变形的最大值。

10.根据权利要求1至5或8至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本公开涉及一种基于阈值的离心机试验图像处理方法。该方法包括：在离心机试验中采集针对标志点的一组图像；确定一组图像中每个图像的第一参数；基于一组图像中特定类型图像的第一参数，确定第一参数阈值范围；基于第一参数和第一参数阈值范围，得到与第一参数对应的待分割目标图像；确定待分割目标图像中每个图像的第二参数以及第三参数，以基于第二参数和第三参数确定图像分割阈值，其中第二参数用于表征标志点并且第三参数用于表征非标志点；利用图像分割阈值，对待分割目标图像进行分割，以得到包括标志点的已分割目标图像。以此方式，能够通过双阈值相结合的方式进行图像质量评价和阈值分割，快速且准确地获得试验全过程岩土体表面变形情况。

技术研发人员：范宣梅,张欣欣,杜三林,郭劲松,王文松,姚林林,杨传根,李业,王前朋,于宗洋
受保护的技术使用者：华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12