基于光特性的尾流气泡分布特性研究

论文摘要

尾流即运动的气泡幕。尾流光学特性及其应用是国内外科学研究的一个新领域。在军用民用方面有着重要的意义。基于尾流光学特性对鱼群和舰船等水下目标的探测和跟踪技术摆脱了常规的声场而以光波作为信息载体,使常规的声学干扰和对抗手段失去作用,具有探测距离远、命中精度高以及不受电磁和环境噪声干扰等优点。运动气泡的研究是尾流研究的基础,利用数字图像处理技术研究运动气泡幕的分布特性是一种全新的探测尾流的方法。它与传统的运动气泡探测方法相比,具有直观、高效、实时等优点。本论文在理论、实验方面研究如下:理论研究方面,应用Mie理论和蒙特卡罗方法研究了吸收海水中干净气泡和脏气泡的单散射特性和气泡群的相位函数。从理论上预测了可能存在的有效探测尾流气泡的方法。实验研究方面,根据对运动气泡幕的光学特性,设计了一套运动气泡的采集系统。首先,根据气泡的特性,分析图像采集系统的要求,选择适合的照明方式、拍摄器件和数据传输器件,在此基础上搭建了图像采集系统的实验平台,采集了大量用于后续处理的运动气泡图像。借助传统的数字图像处理方法和小波变换对尾流气泡幕图像进行了处理,从中获得运动气泡的几何特性和运动特性,证实了这两种方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 尾流的概念
• 1.2 尾流气泡的研究方法及意义
• 1.3 尾流气泡光学特性研究的发展状况
• 1.4 尾流气泡光学特性研究方向展望
• 1.5 运动气泡的图像处理技术
• 1.6 本论文的主要研究工作
• 第二章 海水中气泡的光散射特性的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 海水中气泡的光散射理论
• 2.2.1 单个气泡的Mie散射理论
• 2.2.2 气泡群的蒙特卡罗描述方法
• 2.3 干净气泡在海水中光散射特性研究
• 2.3.1 吸收介质对单个气泡光学效率因子的影响
• 2.3.2 吸收介质对单个气泡相位函数的影响
• 2.3.3 吸收介质对尾流内气泡群相位函数的影响
• 2.4 脏气泡在吸收性海水中的光散射特性研究
• 2.4.1 基于Mie散射理论计算脏气泡光的散射特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 实验室模拟气泡幕的光学特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 产生气泡幕的实验系统介绍
• 3.3 仪器选型及参数计算说明
• 3.4 图像采集过程和结果
• 3.5 激光通过实验室模拟尾流时的衰减特性
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于图像处理的尾流气泡分布特性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 气泡拍摄、采样及计算过程
• 4.3 选择要研究的气泡区域
• 4.4 气泡粒径的尺度标定
• 4.5 尾流图像预处理
• 4.5.1 图像增强技术
• 4.5.2 尾流图像的二值化处理
• 4.5.3 二值化图像的边缘检测
• 4.5.4 区域填充技术
• 4.5.5 二值图像腐蚀技术
• 4.6 获得尾流气泡幕中气泡的数目和直径
• 4.7 获得尾流气泡幕中气泡的平均运动速度
• 4.8 本章小结
• 第五章 小波变换在尾流气泡图像中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 小波分析的应用
• 5.3 小波变换的定义及性质
• 5.3.1 多分辨分析
• 5.3.2 Mallat算法
• 5.4 离散小波变换
• 5.5 小波变换在尾流图像中的应用
• 5.5.1 基于小波变换的局部模极大值法
• 5.5.2 获得尾流气泡幕中气泡的几何特性
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢