胶体推进剂燃烧特性的图像分析技术

论文摘要

胶体推进剂是一类新型推进剂,它兼具液体推进剂和固体推进剂的优点,它是时间依赖的非牛顿粘弹性流体,其特征是具高安全性、高燃烧能量、有高密度及长期贮存的能力,在很多方面有诱人的应用前景。所以对胶体推进剂燃烧特性的研究是很有意义的。本文在探讨二维粒子图像测速PIV(Particle Image Velocimetry)技术的基础上研究了PIV图像处理方法在胶体推进剂燃烧特性分析中的应用。用高速摄像机采集胶体推进剂燃烧图像,提取胶体推进剂燃烧流场中粒子的运动信息,研究连续两幅图像中粒子群的对应(互相关性)、速度矢量、误对应粒子速度的判断与消除等图像处理问题,得到图像中的粒子坐标,通过粒子标定、图像匹配、速度向量判断、误对应粒子速度的判断与消除等步骤,得到流场中粒子的速度矢量等特征。本文首先实现多种图像处理的PIV算法,通过实验获得的图像运用各种算法进行比较分析,这其中包括灰度化、二值化、去噪、边缘检测等多方面的测试,得出实验图像处理的具体方法；通过对实验图像的图像增强,并改进数字图像粒子匹配算法,降低了匹配的运算量,提高准确度；最后设计并进行了实验,同时也对实验的精度进行了分析。本文为二维PIV图像处理方法在胶体推进剂燃烧流场中的应用研究,它为进一步的流场分析奠定了良好的技术基础。

论文目录

摘要

Abstract

1 系统概述

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究内容

2 PIV技术原理与实现

2.1 PIV的原理简介

2.2 PIV技术分类

2.3 速度提取算法

2.3.1 轨迹法

2.3.2 杨氏条纹法

2.3.3 粒子分布图像相关法

2.3.4 灰度分布图像相关法

2.3.5 弹性模型法

2.3.6 速度梯度张量法

2.3.7 粒子轨迹追踪法

2.4 PIV技术的发展趋势

2.5 本章小结

3 粒子图像的后处理技术

3.1 图像增强

3.1.1 图像灰度变换法

3.1.2 直方图均衡法

3.1.3 图像平滑法

3.1.4 均值滤波

3.1.5 高斯滤波

3.1.6 中值滤波

3.2 彩图灰度化处理

3.3 图像二值化技术

3.3.1 非零元素取一法

3.3.2 固定阈值法

3.3.3 双固定阈值法

3.3.4 Otsu算法

3.3.5 迭代法

3.4 边缘检测

3.5 轮廓跟踪技术

3.6 本章小节

4 图像匹配技术

4.1 影响图像匹配的主要因素

4.2 基于像素灰度相关的匹配

4.3 基于图像特征的匹配

4.4 本文设计的图像匹配算法

4.5 本章小结

5 实验与精度分析

5.1 实验的总体框架图

5.2 实验环境

5.2.1 实验硬件环境

5.2.2 实验软件环境

5.2.3 程序实现

5.3 实验图像的PIV处理算法

5.4 实验精度分析

5.4.1 背景噪声

5.4.2 不同介质产生的误差

5.4.3 搜索区域分析

5.4.4 连续两幅图像之间的时间间隔和最大流动速度限制

5.5 本章小节

总结与展望

致谢

参考文献

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