激光全息干涉法测量液相扩散系数及图像处理研究

论文摘要

随着图像处理技术的飞速发展以及应用范围越来越广泛,数字图像处理技术正在向更高质量发展,图像处理算法更加优化,图像处理速度更加快速,同时应用到其它学科解决实际问题是数字图像处理技术的最终目标。随着化工传质过程研究的逐渐深入以及其应用领域的不断扩展,浓度分布、扩散系数、传质系数等实验数据在研究传质过程、计算传质速率及化工设计与开发中成为极其重要的因素。激光全息干涉法具有非接触测量、灵敏度高、信息量大、精度高等优点,将数字图像处理技术与其结合起来,本文建立了基于图像处理的液相质扩散系数测定的实验系统,通过对传质过程的全息干涉图像进行数字图像处理,计算得出所测定的实验数据。在查阅大量文献的基础上,对质扩散系数的理论研究方法、实验研究方法及数字全息激光干涉法在质扩散系数测量中的应用进行了综述,确定了使用数字全息激光干涉法测量质扩散系数。设计并搭建了激光全息干涉法测量液相质扩散系数的实验台。在建立数字图像实时全息干涉法测量液相质扩散系数实验台光路系统的基础上,改善了数字全息干涉图像的质量,增强了实验系统工作稳定性,提高了实验系统的精度。根据全息干涉图像的特点,采用了图像增强、全息干涉条纹图再现及相位展开等数字图像处理过程的关键技术对全息干涉图进行处理,全息干涉图像处理的关键在于相位展开过程,本文采用了基于离散泊松方程解的相位展开方法,得到了相位展开后物光相位差,经换算后获得了该溶液的质扩散系数。利用本实验系统完成了对KCL水溶液和蔗糖水溶液在295.15K下的质扩散系数与文献值相比验证了实验系统的可靠性,为化工工程上研究替代制冷剂急需的质扩散系数测量提供了一个有效的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 图像处理技术与数字全息术的概述
• 1.2 液相扩散系数的测定方法
• 1.3 数字全息干涉图像的数字化处理系统
• 1.3.1 CCD 传感器
• 1.3.2 MATLAB 在图像处理中的应用
• 本章小结
• 第二章 数字全息的基本原理
• 2.1 光学全息原理
• 2.1.1 光学波前的数学描述
• 2.1.2 光波的干涉
• 2.1.3 菲涅尔衍射
• 2.1.4 光学全息的记录与再现
• 2.2 CCD 参数对记录条件的限制
• 2.2.1 物参夹角范围
• 2.2.2 最佳物参夹角
• 本章小结
• 第三章 激光全息干涉法测量质扩散系数的实验原理和方法
• 3.1 激光全息干涉简介
• 3.1.1 实时激光全息干涉原理
• 3.1.2 激光全息干涉的必要条件
• 3.1.3 激光全息干涉法的优点
• 3.2 实时全息干涉法测量液相浓度场的原理
• 3.2.1 折射率与浓度的关系
• 3.2.2 参考条纹法
• 3.2.3 液相质扩散系数计算公式推导
• 3.3 数字全息干涉法测量质扩散系数的实验装置
• 3.3.1 激光全息干涉系统
• 3.3.2 液－液传质扩散系统
• 3.3.3 循环水域温度调节系统
• 3.3.4 图像采集存储系统
• 3.3.5 实验步骤及注意事项
• 本章小结
• 第四章 激光全息干涉图像预处理方法的研究
• 4.1 激光全息干涉条纹形成的原理及性质
• 4.1.1 光学干涉原理
• 4.1.2 数字全息干涉图像的形成
• 4.1.3 激光全息干涉条纹图数学形式与特征
• 4.2 数字全息干涉图像噪声的分类
• 4.3 数字全息干涉条纹图的普通预处理的方法
• 4.3.1 空间域低通滤波
• 4.3.2 频率域低通滤波
• 4.3.3 对频率域低通滤波边缘的改进
• 4.3.4 常用的旋滤波函数
• 4.3.5 对旋滤波算法的改进
• 本章小结
• 第五章 数字全息干涉图像的处理和结果
• 5.1 全息干涉图的处理过程
• 5.2 全息干涉图的预处理
• 5.3 全息干涉图的频域滤波
• 5.4 再现数字全息干涉条纹
• 5.5 全息干涉图的相位展开
• 5.6 图像的后处理
• 5.7 实验测试结果和误差来源分析
• 5.7.1 实验测试结果
• 5.7.2 误差来源分析
• 本章小结
• 结论和展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢