(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 202210842276.9 (22)申请日 2022.07.18 (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 申请人 中国石油大 学(北京) (72)发明人 刘莉　戴军涛　顾汉洋　王科　 (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. H04N 7/18(2006.01) H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) G01F 1/76(2006.01) (54)发明名称 螺旋管特征纵截面相分布可视化系统及 图 像处理方法 (57)摘要 本发明提供了一种螺旋管道特征纵截面相 分布可视化系统及图像处理方法， 包括： 矩形水 箱、 平面镜、 LED灯和高速摄像机； 矩形水箱套在 螺旋待测管道外部， 与地面保持平行； 平面镜布 置在矩形水箱上方， 与矩形水箱保持45 °夹角； LED灯作为光源布置在矩形水箱下方和后方， 保 持光线垂直射入矩形水箱两侧壁面； 高速摄像机 布置在矩形水箱正前方。 本发明通过布置矩形水 箱来尽可能消除光折射的影 响， 通过同时在两个 方向布置光源， 经过平面镜 反射后即可实现复杂 的螺旋管道内气液两相流动在不同方向纵截面 上的同步可视化观测， 有助于满足复杂管道内不 同观测方向上的研究测量需求。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115225864 A 2022.10.21 CN 115225864 A 1.一种螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于， 包括： 矩形水箱(5)： 固定在螺 旋待测管道(3)外 部， 与地面保持平行； 平面镜(1)： 布置在 所述矩形水箱(5)上方， 与所述矩形水箱(5)顶部端面保持预设角度 的夹角； 第一LED灯(2)： 布置在所述矩形水箱(5)后方， 保持光线垂直射入所述矩形水箱(5)后 侧壁面； 第二LED灯(4)： 布置在所述矩形水箱(5)下方， 保持光线垂直射入所述矩形水箱(5)下 侧壁面； 高速摄像机(6)： 布置在所述矩形 水箱(5)正前 方。 2.根据权利要求1所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于： 平面镜(1)与矩形 水箱(5)保持45 °夹角。 3.根据权利要求1所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于： 所述矩形 水箱(5)及螺 旋待测管道(3)由透明的有机玻璃制成。 4.根据权利要求1所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于： 所述平面镜(1)面积与所述矩形水箱(5)上侧面积差值在预设范围内， 平面镜(1)尺寸 不超过预设范围， 使矩形水箱(5)前侧和上侧的成像同时完整地被高速摄像机(6)镜头捕捉 到。 5.根据权利要求1所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于： 所述矩形水箱(5)上方并排放置多个不同安装角度的所述平面镜(1)， 通过调整所述 LED光源射入角度， 实现不同角度的螺 旋管特征纵截面 流动图像拍摄。 6.根据权利要求1所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于： 在矩形水箱(5)中注满水， 注水 过程中保持壁 面不附着小气泡。 7.根据权利要求1所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化系统， 其特 征在于： 一束光线从第一LED灯(2)射出， 穿过矩形水箱(5)和螺旋待测管道(3)进入高速摄像机 (6)， 另一束光线从LED灯(4)射出， 穿过矩形水箱(5)和螺旋待测管道(3)后， 由平面镜(1)反 射进入高速摄 像机(6)， 实现了管内流动结构特 征纵截面在两个方向上的同时拍摄。 8.一种螺旋管特征纵截面相分布可视化图像处理方法， 其特征在于， 采用权利要求1所 述的螺旋管特征纵截面相分布可视化系统， 执 行包括： 步骤S1： 通过 可视化系统采集到气液两相流动视频； 步骤S2： 将采集到的视频分解 为单帧拍摄图像(7)； 步骤S3： 选择单帧拍摄图像(7)中的任一位置并固定， 按照时间顺序提取所有单帧拍摄 图像(7)中该位置处一个 像素宽度的图像； 步骤S4： 将所有提取出来的单像素图像在时间轴上按照顺序重新排列， 得到二维时空 分布重构图像(8)。 9.根据权利要求8所述的螺 旋管特征纵截面相分布可视化图像处 理方法， 其特 征在于： 使用MATLAB软件进行相应的图像处 理操作。 10.根据权利要求8所述的螺旋管特征纵截面相分布可视化图像处理方法， 其特征在 于： 将高速摄像机(6)的局部流动拍摄图像(7)按照时间顺序提取一个像素宽度， 在时间轴权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115225864 A 2上按照顺序叠加得到 重构图像(8)， 实现二维空间分布到二维时空分布的转变。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115225864 A 3