数字图像处理技术在掺气浓度测量中的应用

摘要

该文突破了点测量和机械探头传感器等传统的掺气浓度测量方法,采用非接触测量法,首次将计算机图像处理技术应用于水流掺气浓度的实测.文中分别采用激光片光源和影视灯照明,采用逐行扫描数字CCD摄像机获取气泡的流动图像;根据气泡和水对光的反射特性不同,提出采用阈值法识别图像中的气泡和水,从而为进一步计算掺气浓度打下坚实的基础.阈值确定的准确与否直接影响掺气浓度的计算精度,在查阅大量文献和理论分析研究的基础上,并通过试验研究,该文提出了采用最大直方图熵法、类间方差法和迭代法等三种推求阈值的方法.在上述工作的基础上,该文给出了计算二维、瞬时掺气浓度的算法,并编程予以实现.结合面向对象的Visual c++高级编程技术,开发了灰度变换、图像增强、气泡识别、掺气浓度计算为主要功能的掺气浓度图像分析系统软件,显示了面向对象编程技术的应用优点.文中还对采用图像处理计算掺气浓度过程中出现的误差可能来源及提高测量精度的途径进行了分析和探讨,这对于提高掺气浓度的计算精度具有重要意义.

目录

摘要

Abstract

1概论

1.1流动可视化技术

1.2数字图像处理技术

1.3图像处理技术在水利科学中的应用研究现状

1.4图像处理技术在两相流中的应用研究现状

1.5图像处理技术在掺气浓度测量中的可行性

1.6本文的主要研究内容

1.7本文的研究意义

2数字图像处理技术的理论基础

2.1数字图像处理及其特点

2.2 Visual c++数字图像编程基本理论

2.3图像处理中的编程特点

2.4本章小节

3二值化掺气水流数字图像的阈值确定

3.1阈值确定的原理及其重要性

3.2迭代法

3.3最大直方图熵阈值分割法(ENT)

3.4类间方差法

3.5三种方法的比较研究

3.6改进的类间方差法

3.7本章小结

4图像处理方法在掺气浓度测量中的应用

4.1掺气浓度场的计算方法

4.2优势

4.3模型设计及测量仪器

4.4激光图像和影视灯图像的区别

4.5激光为片光源试验条件下的计算结果

4.6影视灯为光源试验条件下的计算结果

4.7图像处理方法在掺气槽模型试验中的应用

4.8本章小节

5掺气浓度图像分析系统设计开发

5.1 Windows编程的基本思想

5.2 Visual C++程序设计

5.3掺气浓度图像分析软件介绍

5.4本章小节

6误差分析及提高精度的途径

6.1光源产生的误差

6.2热电子噪声

6.3 CCD摄像机

6.4量化误差

6.5气泡的光学特性产生的误差

6.6人为误差

6.7分割算法的误差

6.8本章小节

7结语

参考文献

声明

致谢