(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210258869.0 (22)申请日 2022.03.16 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 王德忠　陈武光　尹俊连　文代洲　 胡沅彪　宋煜晨　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 专利代理师 胡晶 (51)Int.Cl. G06T 7/64(2017.01) G06T 7/181(2017.01) G06T 7/187(2017.01) G06T 7/194(2017.01) G06T 7/136(2017.01)G06T 5/00(2006.01) G06T 7/246(2017.01) G06V 10/762(2022.01) G06V 10/764(2022.01) (54)发明名称 多重叠气泡图像处 理方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种多重叠气泡图像处理方 法及系统， 涉及图像处理技术领域， 该方法包括： 步骤S1： 获取气泡原始灰度图； 步骤S2： 对所述气 泡原始灰度图进行图像预处理， 提取气泡完整边 界； 步骤S3： 对预处理后获得的气泡边界进行凹 点识别和重叠气泡处理； 步骤S4： 步骤S3处理完 成后， 进行气泡重建， 获取气泡形态学信息。 本发 明能够提高弧段聚类的效率， 降低重叠气泡分割 的难度， 为气泡测量领域提供一个更便捷的气泡 图像处理方法。 权利要求书3页 说明书7页 附图8页 CN 114723806 A 2022.07.08 CN 114723806 A 1.一种多重 叠气泡图像处 理方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 获取气泡原 始灰度图； 步骤S2： 对气泡原 始灰度图进行图像预处 理， 提取气泡完整边界； 步骤S3： 对预处 理后获得的气泡 边界进行凹点识别和重 叠气泡处 理； 步骤S4： 步骤S3处 理完成后， 进行气泡重建， 获取气泡形态学信息 。 2.根据权利要求1所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 所述步骤S1包括： 搭 建高速摄 像实验回路， 回路管道是内径d＝5 0mm的圆管， 在拍摄段外设置一个方 形水箱； 液相为去离 子水， 气相为压缩空气， 并通过文丘里 管鼓入气泡； 利用高速相机在拍摄段拍摄气泡信息， 将气泡图像导出并存储为.bmp文件， 获得气泡 原始灰度图。 3.根据权利要求1所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中包括凹 点的探测： 设当前连通边界有n个坐标构成矩阵(X,Y)， X、 Y均为n*1矩阵， 矩阵(X,Y)每一元 素即表示 边界上的一个坐标； 将当前矩阵前k行和后k行屏蔽， 选择剩余行进行角度跟踪。 4.根据权利要求3所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 所述跟踪方式包括： 设当前边界点坐标为p(x1,y1)， 在该边界点前后距离m个像素点(m<k)的坐标分别 为k(x2, y2)与q(x0,y0)； 当前边界点与前驱、 后继点 分别形成两段向量(x1 ‑x2,y1‑y2)、 (x1‑x0,y1‑ y0)， 计算两向量形成的夹角余弦值， 并换算对应角度； 获得角度后， 采用均值滤波以去除信号噪声； 若当前点角度 大于凹点角度判断θ 阈值， 则 视为凹点； 若凹点前驱、 后继仍为凹点， 则选 取这一系列凹点中角度最大的点 为当前凹点组的唯一凹点。 5.根据权利要求1所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中还包括 重叠气泡分类： 根据当前 连通区域凹点个数， 将重 叠气泡边界分以下几种情况处 理： 无凹点： 这种情况说明气泡没有发生重叠， 直接对边界进行最小二乘椭圆拟合获得气 泡的信息； 两个凹点： 两个凹点一定由两个气泡组成， 两个凹点会将边界分为两部分， 分别对两部 分进行最小二乘椭圆拟合即能够获得气泡的信息； 三个及以上凹点： 该情况说明有多个气泡重叠， 多凹点将边界分为多个 弧段， 该情况就 是多重叠气泡， 需要利用弧段分类和凹点连接的方法进行处 理。 6.根据权利要求5所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 所述弧段分类包括： 根据弧段的特性， 将多重 叠气泡的多段弧分为优弧、 对弧和分段弧； 其中， 优弧： 指对应圆周角大于270 °的弧段； 对弧： 由两个弧段构成的组合， 两个弧段的中垂线向量角度差为180 ° ±5°； 分段弧： 指一个气泡的完整边界被分割为多个零散的弧段， 这些零散的弧段均属于同 一个气泡， 被统一称为分段弧。 7.根据权利要求6所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 通过凹点连接对分段 弧进行聚类， 具体包括： 针对三个及以上凹点的情况， 根据顺时针顺序对凹点编号， 再根据以下原则进行聚类： (1)优弧代 表单一气泡， 优弧端点连接的两个弧段同属于另一个气泡； (2)对弧属于同一个气泡， 对弧含有四个凹点： 编号小的两个确定一段弧， 编号大的两权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114723806 A 2个确定另一段弧； 同时， 编号最小与编号最大连接的另两个弧段同属于另一个气泡； 编号次 小与次大的弧段同属于另一个气泡。 8.根据权利要求7所述的多重叠气泡图像处理方法， 其特征在于， 所述步骤S4包括： 完 成弧段聚类后， 对属于同一个气泡的弧段采用最小二乘法对边界进行椭圆拟合， 即获得气 泡的形态学信息 。 9.一种多重 叠气泡图像处 理系统， 其特 征在于， 包括： 模块M1： 获取气泡原 始灰度图； 模块M2： 对气泡原 始灰度图进行图像预处 理， 提取气泡完整边界； 模块M3： 对预处 理后获得的气泡 边界进行凹点识别和重 叠气泡处 理； 模块M4： 模块M 3处理完成后， 进行气泡重建， 获取气泡形态学信息 。 10.根据权利要求9所述的多重叠气泡图像处理系统， 其特征在于， 所述模块M1包括： 搭 建高速摄 像实验回路， 回路管道是内径d＝5 0mm的圆管， 在拍摄段外设置一个方 形水箱； 液相为去离 子水， 气相为压缩空气， 并通过文丘里 管鼓入气泡； 利用高速相机在拍摄段拍摄气泡信息， 将气泡图像导出并存储为.bmp文件， 获得气泡 原始灰度图； 所述模块M3中包括凹点的探测： 设当前连通边界有n个坐标构成矩阵(X,Y)， X、 Y均为n* 1矩阵， 矩阵(X,Y)每一元素即表 示边界上的一个坐标； 将当前矩阵前k行和后k行屏蔽， 选择 剩余行进行角度跟踪； 所述跟踪方式包括： 设当前边界点坐标为p(x1,y1)， 在 该边界点前后距离m个像素点(m <k)的坐标分别为k(x2,y2)与q(x0,y0)； 当前边界点与前驱、 后继点分别形成两段向量(x1 ‑ x2,y1‑y2)、 (x1‑x0,y1‑y0)， 计算两向量形成的夹角余弦值， 并换算对应角度； 获得角度后， 采用均值滤波以去除信号噪声； 若当前点角度 大于凹点角度判断θ 阈值， 则 视为凹点； 若凹点前驱、 后继仍为凹点， 则选 取这一系列凹点中角度最大的点 为当前凹点组的唯一凹点； 所述模块M3中还包括重叠气泡分类： 根据当前连通区域凹点个数， 将重叠气泡边界分 以下几种情况处 理： 无凹点： 这种情况说明气泡没有发生重叠， 直接对边界进行最小二乘椭圆拟合获得气 泡的信息； 两个凹点： 两个凹点一定由两个气泡组成， 两个凹点会将边界分为两部分， 分别对两部 分进行最小二乘椭圆拟合接口获得气泡的信息； 三个及以上凹点： 该情况说明有多个气泡重叠， 多凹点将边界分为多弧段， 该情况就是 多重叠气泡， 需要利用弧段分类和凹点连接的方法进行处 理； 所述弧段分类包括： 根据弧段的特性， 将多重叠气泡的多段弧分为优弧、 对弧和分段 弧； 其中， 优弧： 指对应圆周角大于270 °的弧段； 对弧： 由两个弧段构成的组合， 两个弧段的中垂线向量角度差为180 ° ±5°； 分段弧： 指一个气泡的完整边界被分割为多个零散的弧段， 这些零散的弧段均属于同 一个气泡， 被统一称为分段弧； 通过凹点连接对分段弧进行聚类， 具体包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114723806 A 3