(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 202210539726.7 (22)申请日 2022.05.18 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 张瑞峰　王舟　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 李素兰 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G06T 7/246(2017.01) G06T 7/269(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06T 5/00(2006.01) G06K 9/62(2022.01)G06V 10/74(2022.01) (54)发明名称 一种可实时监控的干涉条纹移动量检测装 置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种可实时监控的干涉条纹 移动量检测系统包括干涉装置模块、 硬件图像采 集模块以及图像实时处理模块， 对 所采集的干涉 条纹视频图像信息进行实时处理， 从而得到干涉 条纹距离， 实现对示踪粒子的角点追踪。 与现有 技术相比， 本发 明在利用干涉条 纹移动量实时测 量进而实现甲烷气体浓度测量方面具有运算简 便、 精度高的特点。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114942225 A 2022.08.26 CN 114942225 A 1.一种可实时监控的干涉条纹移动量检测系统， 其特征在于， 该系统包括干涉装置模 块、 硬件图像采集模块以及图像实时处 理模块， 其中： 所述干涉装置用于产生干涉 条纹； 所述硬件图像采集模块用于采集干涉 条纹视频图像信息； 所述图像实时处理模块用于对所采集的干涉条纹视频图像信 息进行实时处理， 具体包 括： 采用LK光流法获得特征点来实现两帧图像的匹配， 利用steger算法提取视频序列的连 续两帧的中心线； 对每一帧图像进 行角点检测， 获取角点在图像像素坐标系中的像素坐标， 作为LK光流法的输入； 利用LK光流法通过对两帧图像之间的特征点匹配， 计算光流值， 从而 得到干涉条纹距离， 实现对示踪粒子的角点追踪。 2.如权利要求1所述的一种可实时监控的干涉条纹移动 量检测系统， 其特征在于， 所述 干涉条纹产生装置包括光源、 平面棱镜、 补充棱镜、 待测气室、 空气室、 第一三角反射棱镜、 第二三角反射 棱镜、 凸透 镜和目镜 。 3.如权利要求2所述的一种可实时监控的干涉条纹移动 量检测系统， 其特征在于， 所述 图像实时处 理模块具体包括以下处 理： 步骤1、 对所采集的干涉条纹图像进行预处理和去噪； 由于受到拍摄环境的影响， 条纹 需要进行预处理； 步骤2、 采用steger算法对干涉条纹图像提取中心线， 取视频序列的连续两帧分别获取 中心线， 所使用的图片经 过中心线提取后检测出三条中心线； Hessian矩阵表示， 如下式所示： 其中， g(x,y)为 二维高斯 函数， I(x,y)为图像中点(x,y)的灰度值； ； 通过Hessian矩阵求出条纹法线的单位向量， 对条纹截面灰度分布函数通过二阶泰勒 展开， 求解出条纹中心线的精确位置； 步骤3、 从干涉 条纹图像中提取 出角点； 设图像中点(x,y)的灰度值为I(x,y)， 以该点为中心建立窗口W， 将窗口平移(Δx,Δy) 产生灰度变化E(Δx,Δy)， 如下式所示： 其中， w(x,y)表示窗口权重， I(x+Δx,y+Δy)为发生窗口平移(Δx,Δy)后的图像中 点； 将发生窗口平 移(Δx,Δy)后的图像中点 I(x+Δx,y+Δy)进行泰勒展开， 如下式所示： 其中， Ix、 Iy为像素点灰度值的一阶微分， M为自相关矩阵求； 对自相关矩阵M求特 征值， 若其中较小的特 征值大于预 先设定阈值， 则得到强角点；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114942225 A 2步骤4、 利用LK光流法通过对两帧图像之间的特征点匹配， 计算光流值， 从而得到干涉 条纹距离， 实现对示踪粒子的角点追踪； 图像约束方程如下式所示： I(x,y,t)＝ I(x+dx,y+dy,t+dt)     (4) 其中， I(x,y,t)表示t时刻像素点(x,y)的灰度； 对图像约束方程使用泰勒公式， 求 解水平和垂直方向的光 流速度， 如下式所示： r＝(ATW2A)‑1ATW2b    (5) 其中， A为各个像素点1,2,...,n灰度值的矩阵， r为光流值的矩阵， AT为矩阵A的装置矩 阵， b为t时刻各个 像素点1,2,. ..,n亮度的矩阵， W2为窗口权 重函数； 计算光流域， 如下式所示： 其中， It为t时刻的亮度， u、 v为水平和垂直方向的光 流值； 通过第一帧图像与当前帧的光 流值积分得到 干涉条纹的移动距离 。 4.如权利要求1所述的一种可实时监控的干涉条纹移动 量检测系统， 其特征在于， 所述 干涉装置采用雅满干涉仪来实现。 5.如权利要求1所述的一种可实时监控的干涉条纹移动 量检测系统， 其特征在于， 所述 硬件图像采集模块采用C MOS图像传感器来实现。 6.如权利要求1所述的一种一种可实时监控的干涉条纹移动 量检测系统， 其特征在于， 所述图像实时处 理模块采用STM 32开发板以及ARM处 理器来实现。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114942225 A 3