基于图像处理的熔体界面性质分析系统的研究与实现

论文摘要

熔体的表面性质、界面性质是研究熔体界面动力学的基础。表面张力是液体表面性质的重要参数,测量熔体表面张力有着重要的意义。由于摄像技术和数字图像技术的发展,滴外形法逐渐成熔体表面性状参数测量最重要的方法之一。 本文以滴外形法的理论为指导,对熔体图像进行分析研究,开发了一个基于数字图像处理的熔体界面性质分析系统。该系统输入熔体图像,对图像进行分割,轮廓提取,得到表征熔体表面或界面的数据,再对数据进行优化计算得到熔体表面张力等参数。 图像分割是整个熔体界面性质计算软件中至关重要的一个环节。本文针对熔体图像的特点,并考虑实验条件限制以及几种应用于熔体图像分割算法的缺陷性,着重研究了具有抗噪声、光照影响的图像分割方法。改进了Otsu算法以及基于最大熵的二维直方图分割方法,实验结果表示该方法能够有效地改善熔体图像的分割效果。为了确保系统的实时性,本文将遗传算法应用到图像分割中来。利用熔体图像的先验知识,优化了遗传算子的参数设置,在保证分割质量的前提下,利用遗传算法的并行性特点,极大地提高了分割速度。 对于某些受噪声、光照严重干扰的熔体图像,在图像分割后得到的界面曲线可能仍不理想,通过对熔体界面曲线大量的实验分析,得到熔体界面的最佳拟合模型为三次多项式函数。在此基础上设计出了熔体界面曲线的拟合方法。 最后根据滴外形法的理论,借助最优化等数学工具,得到熔体表面、界面性质参数。 综合上述三个部分,本文在VC++6.0平台上实现了全部算法,开发了一个完整的熔体图像界面分析系统。 论文最后对整个论文的工作进行了总结,并指出了不足与待研究探索的方向。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 课题的研究内容
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 图像分割技术的研究现状
• 1.3.2 曲线拟合技术的研究现状
• 1.4 论文安排
• 第二章 熔体表面界面性质实时测定系统的设计
• 2.1 熔体表面张力的计算方法
• 2.2 滴外形法
• 2.3 系统的硬件设计
• 2.4 系统软件设计
• 第三章 熔体图像分割方法研究
• 3.1 图像分割的概念
• 3.2 图像分割的重要性
• 3.3 熔体图像分割方法
• 3.3.1 基于区域的熔体图像分割方法
• 3.3.2 基于边缘的图像分割方法
• 第四章 针对受噪声与光照影响的熔体图像分割方法研究
• 4.1 针对受噪声影响的熔体图像分割方法
• 4.1.1 改进的 Otsu方法
• 4.1.2 二维直方图上选择阀值
• 4.2 针对受光照影响的熔体图像的 Canny算子分割方法
• 4.3 基于遗传算法的图像分割速度提高方法
• 4.3.1 遗传算法简介
• 4.3.2 遗传算法的流程和构成要素
• 4.3.3 遗传算法应用图像分割阈值选择中
• 第五章 轮廓提取与曲线拟合
• 5.1 曲线拟合的原理
• 5.2 最小二乘法原理
• 5.3 分段拟合
• 第六章 熔体界面处理软件的实现
• 6.1 熔体图像界面处理软件设计
• 6.2 熔体界面处理流程图
• 6.3 部分算法设计
• 6.3.1 彩色图像转化为灰度图像
• 6.3.2 迭代法求阈值
• 6.3.3 边缘细化
• 第七章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果