推移质运动规律是河流动力学研究的核心问题之一,也是解决诸多水利工程实际问题的关键。近年来,随着计算机技术的不断进步和数字图像处理技术的高速发展,使得数字图像技术在各个领域得以广泛应用。在基于推移质输移模型来深入分析推移质泥沙颗粒运动规律的试验研究中,数字图像处理技术已逐步成为一种重要的技术手段。在水槽试验过程中,通过高速相机来获取推移质泥沙颗粒的运动轨迹,进而利用数字图像处理技术获得泥沙颗粒的基本运动参数并且进一步分析研究推移质颗粒运动特征规律。本研究位于中国水利水电科学研究院大兴试验基地泥沙所水槽实验大厅,在直型玻璃水槽中开展了推移质泥沙颗粒输移试验。针对现有的试验条件,提出适应于复杂背景下推移质运动泥沙颗粒的识别与跟踪方法。首先采用高速相机采集了高时空分辨率下的推移质泥沙颗粒运动图像,然后通过图像处理和统计分析,提取出泥沙颗粒的运动轨迹、运动颗粒数量、运动时间以及运动距离等基本运动参数,深入研究了颗粒尺度下推移质运动的特征。本文取得的主要成果:(1)本文根据从顶部拍摄推移质泥沙颗粒运动的水槽试验,采用了适应于试验条件的图像采集系统,主要包括:IDT高速相机、相关软件电脑终端、LED光照系统、垂向于床面可调高度的高透光玻璃压波板等组成部分。试验结果表明,该试验装置可以有效地规避由于水槽中水面波动导致无法清晰地捕捉到运动泥沙颗粒问题,同时改善了高速相机拍摄的光照条件,为能够清晰地获取泥沙颗粒运动提供了非常大的帮助。(2)在开展推移质泥沙颗粒运动实验研究中,针对在复杂背景条件下,采用传统的颗粒识别与追踪方法相对产生误差较大的情况。本文先利用数字图像处理技术对采集的原始图像完成图像预处理,再采用图像帧间差分法进行图像相减得到灰度差图像,然后在此基础上将图像转化为二值图像。再进一步利用matlab软件中形态学算法(腐蚀、膨胀)对二值图像处理获取颗粒运动的位置,并确定运动颗粒的质心位置;通过两帧图像灰度相关系数计算获取颗粒运动轨迹。(3)采用IDT高速相机对泥沙颗粒运动进行拍摄,选取其中8s视频资料,转化为200帧图像。对其中运动泥沙颗粒进行识别与追踪,获取运动颗粒进行识别,获取63个运动颗粒,近5000个泥沙颗粒的位置坐标信息。利用获取的基本运动参数数据对推移质泥沙颗粒运动特征进行了分析。(4)推移质泥沙颗粒在随水流的运动过程中存在着明显的间歇性,泥沙颗粒在运动过程中时常出现运动-静止-再运动等循环运动状态,准确获取颗粒的运动距离、运动时间以及运动速度等,进而对颗粒运动规律进行分析研究。