过冷水滴飞溅图像的分析

论文摘要

飞机防结冰技术近几十年得以迅猛发展。研究表明飞机表面材料和过冷水滴,与机翼表面结冰之间存在一定联系。通过飞机冰风洞实验,模拟了过冷水滴结冰环境,研究了不同材料的干湿性能在飞机防结冰上的效果。实验表明干性材料,过冷水滴撞击后不易残留在机翼表面,减小形成冰层的机率,而湿性材料则与之相反。以前,人们用肉眼直接从过冷水滴飞溅图像中,根据水滴飞溅的不同形状,判断材料的干湿性能。由于这种判断方法效率不高,以及人为判断的不一致性,从而引入数字图像处理方法处理实验图像,来判断材料的干湿性能。本文在实验中采集了大量的过冷水滴飞溅图像,研究了过冷水滴在撞击飞机表面过程中水滴飞溅的现象,定义了一个多维特征空间用于描述图像中飞溅水滴的特征。这个特征空间由图像的平均亮度,均熵,熵的方差,霍夫变换以及相关统计值组成。通过200张试样图像的分析,得出水滴飞溅图像的类别。结合k均值聚类算法将图像分为干表面图像,湿表面图像,干湿混合表面图像三个类别。整个飞机冰风洞实验,共测试了9个标准试件。根据图像分类的结果判断试件材料的干湿性,8个试件能正确地分为干或湿状态,1个试件发生误判。研究结果表明自动分析图像较好地解决了由于手工分析所造成的耗时及准确性问题,试件分类的正确率达到89%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 飞机结冰研究的概述
• 1.1.1 NASA Glenn 中心的飞机结冰研究
• 1.1.2 Defence Evaluation and Research Agency 的过冷水滴研究
• 1.2 概述过冷水滴研究的成果
• 1.3 研究背景及意义
• 1.4 主要研究内容与目标
• 第二章 过冷水滴撞击实验
• 2.1 实验简介
• 2.2 实验设备及原理
• 2.2.1 垂直通道
• 2.2.1.1 目标板
• 2.2.1.2 试件
• 2.2.2 成像装置
• 2.2.3 实验环境
• 2.3 过冷水滴飞溅图像
• 第三章 过冷水滴飞溅图像的手工分类
• 3.1 图像分类概述
• 3.1.1 扩散飞溅图像
• 3.1.2 Corona 图像
• 3.1.3 扩散飞溅和corona 混合图像
• 3.1.4 无飞溅图像
• 3.2 试件分类的复杂性
• 第四章 过冷水滴飞溅图像的分析
• 4.1 图像预处理
• 4.1.1 图像截取
• 4.1.2 图像滤波
• 4.1.3 直方图均衡化
• 4.2 特征提取
• 4.2.1 平均亮度
• 4.2.2 均值和均方差
• 4.2.3 墒和墒的方差
• 4.2.4 墒的比率
• 4.2.5 霍夫变换
• 4.2.6 直线的比率
• 4.3 图像分类
• 4.3.1 简介
• 4.3.2 聚类
• 4.3.3 K 均值聚类算法
• 第五章 实验结果及讨论
• 5.1 200 张试样图像的分类
• 5.2 660 张图像的分类
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 过冷水滴飞溅图像分类的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录A
• 附录B