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液滴图像处理和体积控制系统是空间液滴蒸发实验的重要实验设备。由于液滴具有蒸发特性,在实验所要求的时间内(十小时左右)必须连续地补充液体才能保持液滴存在。由于液滴的流动性特点,不能采用接触式方法对液滴的几何和物理参数(如液滴体积、表面积、表面张力、接触角等)进行测量。因此采用非接触的图像方式对其进行测量和控制。系统主要由图像采集、图像处理和液滴控制三个部分组成。其工作原理是首先通过CCD采集液滴图像,对图像进行压缩并保存。然后通过图像处理和数学计算得到液滴的体积、表面积、表面张力和接触角等参数。最后,根据计算得到的液滴体积,控制注液器进行注液来维持液滴体积。在此过程中,本文主要进行了以下几个方面的研究:(1)液滴图像无损压缩算法的研究。研究了图像无损压缩算法及其发展现状,分析了几种主流图像无损压缩算法:JPEG无损模式、JPEG-LS、JPEG2000无损模式和基于整数小波变换和SPIHT的无损压缩算法。通过对十二幅标准测试图像进行压缩实验对比,JPEG-LS显示了高压缩率和低复杂度的特点。通过分析空间液滴蒸发实验中采集到的图像序列,发现图像序列帧间有较高冗余度。在JPEG-LS基础上,引入帧间预测,提出了一种液滴图像序列的无损压缩算法。通过实验仿真,表明了该算法能进一步提高液滴图像序列的压缩率,并且复杂度更低。(2)液滴图像边缘检测算法的研究。采集到一幅图像之后,为了获得液滴几何和物理参数,需要准确获得液滴的轮廓。图像边缘检测算法能够通过对图像进行处理而得到液滴的轮廓。分析了几种经典边缘检测算子:Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子、LoG算子和Kirsch算子。然后重点介绍了边缘检测的最佳算子——Canny算子。利用Canny算子处理采集到的液滴图像,再进行图像细化操作,可以得到液滴的单像素级别轮廓。通过实验对比,表明此方法比采用Sobel算子得到的轮廓更精确。(3)液滴体积控制研究。研究了利用PID控制原理控制液滴体积的方法和PID参数整定方法,编写PID控制算法。然后分别对水和酒精进行体积控制实验,证明PID控制算法的可行性和控制参数的正确性。