燃油喷雾图像宏观特性参数测量系统的算法优化设计及实现

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为研究混合燃料的雾化特性,本文在学校喷雾课题的基础上,从大量原始喷雾图像中筛选出图像清晰度高、真实反应喷雾特点的图像用于研究。应用数字图像处理技术,对比研究了不同图像处理算法,最终开发出喷雾宏观特性参数测量程序,并应用此程序测量得到喷雾油束的宏观特性参数,为混合燃料的进一步研究提供依据。本文的重点在于对图像处理算法及参数测量算法的研究。在图像降噪方面,研究对比了高斯滤波、双边滤波等算法,最终选取了在降噪的同时又能够很好的保持边缘及细节的双边滤波进行去噪;在图像对比度增强方面,对多种对比度增强算法进行了研究,引入了增强算法客观评价参数,最终确定了同态滤波能够有效增强喷雾图像的对比度;在图像分割方面,对基于阈值的图像分割、基于边缘检测的图像分割、基于区域的图像分割及主动轮廓法图像分割等几种图像分割算法进行了研究,并根据理论原理对主动轮廓法进行了算法实现,最终确定基于区域的主动轮廓方法对图像进行分割,能够准确的分割油束目标;在参数测量方面,本文结合霍夫直线检测和最小二乘法的优点,提出二次拟合算法对油束边界进行直线拟合,通过对比得出本文拟合算法误差较小;本文还通过对喷雾投影图像的轴对称性的评价实现了对喷雾油束的对称性的评价。通过对不同孔径、不同背压、不同启喷压力的喷雾宏观特性参数的测量研究,本文得出如下结论:(1)随着喷油时刻的推进,喷雾锥角先迅速增大,继而小幅度的减小,并逐渐稳定在一个值;贯穿距离及喷雾投影面积随时间增大;(2)喷嘴孔径越大,则同一时刻所对应的喷雾锥角、横向贯穿距离及喷雾投影面积越大,喷雾油束的对称性更高,轴向贯穿距离基本不受影响;(3)环境背压越大,则在同一时刻所对应的喷雾锥角越大,喷雾对称性越高,而贯穿距离及喷雾投影面积越小;(4)喷油压力越大,则同一时刻所对应的喷雾锥角、贯穿距离及喷雾投影面积都越大,但喷雾对称性会更低。本文基于python语言及opencv、pyqt5等库,开发了喷雾宏观特性参数测量程序,使得用户能够便捷的对喷雾锥角、贯穿距离、喷雾投影面积、喷雾对称性等参数进行测量、分析。
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