气泡运动的数字图像测量方法研究

论文摘要

目前,环境卫生学中一个重要的研究内容是创建和引进适宜于环境卫生学研究的新技术和新方法。由于环境有害因素存在多种形式及传播途径,因此研究污染物的扩散方式、速度、浓度等则成为研究污染物扩散控制措施的基础,面开发新的实验测量技术则更具有重要的意义。本研究设计了一个曝气池流场的模拟实验装置,将气泡柱内静止液体气泡射流两相流场作为研究对象,在运用粒子图像测速技术(PIV)的基础上,研究气泡的尺寸大小、浓度分布等的数字图像处理技术。为进一步对存在污染物的两相流的流动状况、分散相的尺寸及浓度,并认识其流动规律的研究做出最基本的准备工作经过对数字图像测量技术以及两相流动测量技术的研究,结合本研究设计的曝气池流场模拟实验,主要得到以下结论及研究成果。(1)数字图像测量技术作为一种瞬时且无扰的全场测量技术,获得的图像中包含大量的离散相信息,只要通过运用恰当的数字图像处理技术,就可以获得气泡的粒径大小、浓度分布情况等参数信息。(2)通过设计的曝气池流场的模拟实验装置,建立起本研究的水气两相测量及分析系统。确定了最优的照明光源选择及布置方法,采用适宜的摄影方法,结合不同的流体流动条件,获得一系列图像质量较高的气泡原始图像。(3)用MATLAB对获得的图像进行数字图像处理,找到了一种最有效并且适用于两相流的数字图像测量方法。对原始气泡图像采取有限对比自适应直方图均衡化、灰度变化及非均匀背景校正技术等处理之后,图像的清晰度得到了显著地提高。采用多阈值法图像分割技术,从背景中准确地分离出了气泡,并对其进行标记,实现了对气泡粒径及掺气浓度等参数的统计功能,即最终获得了气泡的粒径大小及浓度分布等信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 数字图像处理技术发展概述
• 1.3 流动测量技术发展概述
• 1.4 两相流测量方法研究现状
• 1.5 主要研究内容
• 2 数字图像处理技术
• 2.1 图像及其分类
• 2.2 数字图像处理系统
• 2.3 数字图像处理的主要内容
• 2.3.1 图像获取
• 2.3.2 图像增强
• 2.3.3 图像分割
• 2.3.4 图像的形态学操作
• 3 实验研究
• 3.1 实验模型的设计
• 3.1.1 实验模型的制作原则
• 3.1.2 实验模型装置
• 3.1.3 图像采集系统
• 3.1.4 图像处理软件的选择
• 3.2 实验方案
• 3.2.1 光源的选择及布置
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 注意事项
• 3.3 图像预处理
• 3.3.1 直方图均衡化
• 3.3.2 非均匀背景的校正
• 3.4 气泡粒径及浓度的测量
• 3.4.1 气泡的识别
• 3.4.2 气泡参数的统计
• 3.5 实验结果及分析
• 3.5.1 实验结果
• 3.5.2 实验结果的分析
• 4 结论及展望
• 4.1 本文研究的结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文与研究成果
• 详细摘要