基于MATLAB的燃油噴霧圖像處理方法

基于MATLAB的燃油噴霧圖像處理方法

摘要:提出了基于MATLAB的燃油噴霧圖像處理方法。通過對噴霧圖像的采集, 分割和濾波處理, 將多幅圖像轉換融合為一幅

比較清楚的二值圖像, 對拍攝的噴霧圖像進行了去噪及二值化等初步處理, 并提取其輪廓圖, 求取中心最遠點和邊界點坐標, 計算得到燃油噴霧的射程,提取其邊緣圖像, 對不規(guī)則的噴霧圖像邊緣進行了最小二乘擬合, 得到了最近似于該邊緣的2 條相交直線, 二者夾角即為所要求的霧化角。根據最小二乘擬合的定義, 該方法的誤差平方和最小, 從而使霧化角的確定精度大大提高。本方法可為分析燃油噴霧對柴油機性能的影響提供參考依據。

關鍵詞: MATLAB 燃油噴霧 圖像 角點檢測 最小二乘法

正文：因為柴油機的燃燒過程受噴入燃燒室內的噴霧狀況控制, 所以發(fā)動機的性能及其排氣煙度在很大程度上受油束的噴霧錐角、射程及霧化質量等噴霧特性的影響。研究能夠預估發(fā)動機性能和排放的燃燒模型時也非常需要噴霧特性方面的數據, 但有關這方面的知識卻很貧乏[ 1] 。因此近些年來人們加速和促進了柴油機噴霧特性的研究。有人利用高速攝像機研究燃油噴霧, 但必須對底片處理后才能獲得噴霧信息, 而底片處理時各種環(huán)境因素對結果有一定影響; 有人利用激光CT技術對噴霧場進行研究[ 2] , 用紅寶石激光器作為光源, 用CCD攝像機適時的采集柴油機燃油噴霧。這種方法較為先進, 但造價較高。本試驗利用自制的頻閃噴霧成像系統(tǒng), 可以拍攝一定時間間隔的噴霧圖像, 像素范圍可達1 600 ?? 1 200, 清晰度高。由于MATLAB軟件擁有強大的圖像處理功能和高效的數值計算能力, 所以本文利用MATLAB 程序來分析處理燃油噴霧圖像, 以便能夠比較準確的獲得燃油噴霧的許多有價值的信息。為進一步探討燃油噴霧特性對柴油機性能的影響提供參考依據。

1?? 試驗系統(tǒng)與研究方法

試驗系統(tǒng)如圖1 所示。本試驗用數碼相機拍攝燃油噴霧圖像,

1. 噴油泵實驗臺2. 噴油泵3. 泵端壓力傳感器4. 噴油器5. 電荷放大器6. 頻閃同步控制器7. 微型計算8. 閃光儀9. 閃光燈10. 數碼相機

圖1頻閃噴霧攝像系統(tǒng)示意圖

圖2圖像處理流程圖

2算例

試驗用噴油嘴型號為DLLA154S324, 啟噴壓力為20M Pa, 噴油泵轉速為300 r /m in, 噴射背壓為大氣狀態(tài), 利用頻閃噴霧成像系統(tǒng)拍攝相對于基準信號有不同延時時刻的噴霧圖像。現在讀入圖像, 如圖3 所示。

圖3拍攝的噴霧圖像示例

按上述方法對每幅圖像進行分割和濾波處理, 把真彩色圖像分別轉換為比較清楚的黑白圖像, 如圖4所示。為減少不確定因素,并提取噴霧圖像的輪廓圖, 如圖5所示。

圖4處理后的二值噴霧圖像

圖5噴霧圖像的輪廓圖

通過微型計算機控制閃光儀的閃光時刻, 使閃光時刻與噴油器某時的噴霧同步, 拍攝每幅圖像時閃光燈的持續(xù)閃光時間為0. 1 m s。為使所拍攝的圖像具有可比性, 用壓力傳感器獲取的壓力信號為基準信號, 通過調整相對于基準信號的延時時間獲取有一定時間間隔的噴霧圖像, 以觀察燃油霧化過程[ 3]。由于所拍攝圖像并非來自同一循環(huán), 本試驗通過在不同循環(huán)中相對于基準信號的相同時間間隔拍3幅, 以便減少不確定因素, 減小隨機誤差。由于拍攝圖像中油束的大小與實際大小有一定差別, 因此需要標定。方法是將數碼相機的焦距和景深調好以后, 把一已知長度的紙條掛到噴油器上, 進行拍照。將其實際長度與照片中長度相比, 即得實物與圖像的比例尺。通過比例尺換算可以得到油束的實際長度。并且在一次試驗中, 數碼相機的焦距和景深調好以后不再變動。數碼相機拍攝的噴霧圖像為真彩色圖像, 即RGB 圖像, 每幅圖有1 600 ?? 1 200個像素。圖像的讀入由MATLAB程序的imread函數來實現。執(zhí)行該函數后, 得到一個代表該圖像的數字矩陣。為便于處理, 首先把真彩色圖像轉換成灰度圖像, 再運用直方圖均化函數histeq處理, 使圖像細節(jié)更加清楚, 然后設置閾值, 對圖像進行分割; 為了強化圖像邊界和消除噪聲的影響, 對灰度圖像進行LOG算子濾波, 并用二值分割圖像進行與運算, 然后利用MATLAB 的相關函數選擇所得二值圖像中特定的對象,此時得到一幅黑白圖像, 對其余同一延時時刻的2 幅圖像, 均作同樣處理, 共得到3 幅黑白圖像, 將3 幅黑白圖像進行與運算,得到一幅包含全部輸入圖像中特定對象的比較清晰的二值圖像。運用MATLAB中jharris角點檢測函數提取圖像的角點,然后再利用ginput函數提取出油束的中心點與最遠點，計算中心點與各油束最遠點的距離作為該油束的射程,計算公式為：

總結

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