基于matlab 的燃油喷雾图像处理方法,基于MATLAB的燃油喷雾图像处理方法.doc

基于MATLAB的燃油喷雾图像处理方法

基于MATLAB的燃油喷雾图像处理方法

摘要:提出了基于MATLAB的燃油喷雾图像处理方法。通过对喷雾图像的采集, 分割和滤波处理, 将多幅图像转换融合为一幅

比较清楚的二值图像, 对拍摄的喷雾图像进行了去噪及二值化等初步处理, 并提取其轮廓图, 求取中心最远点和边界点坐标, 计算得到燃油喷雾的射程,提取其边缘图像, 对不规则的喷雾图像边缘进行了最小二乘拟合, 得到了最近似于该边缘的2 条相交直线, 二者夹角即为所要求的雾化角。根据最小二乘拟合的定义, 该方法的误差平方和最小, 从而使雾化角的确定精度大大提高。本方法可为分析燃油喷雾对柴油机性能的影响提供参考依据。

关键词: MATLAB 燃油喷雾 图像 角点检测 最小二乘法

正文：因为柴油机的燃烧过程受喷入燃烧室内的喷雾状况控制, 所以发动机的性能及其排气烟度在很大程度上受油束的喷雾锥角、射程及雾化质量等喷雾特性的影响。研究能够预估发动机性能和排放的燃烧模型时也非常需要喷雾特性方面的数据, 但有关这方面的知识却很贫乏[ 1] 。因此近些年来人们加速和促进了柴油机喷雾特性的研究。有人利用高速摄像机研究燃油喷雾, 但必须对底片处理后才能获得喷雾信息, 而底片处理时各种环境因素对结果有一定影响; 有人利用激光CT技术对喷雾场进行研究[ 2] , 用红宝石激光器作为光源, 用CCD摄像机适时的采集柴油机燃油喷雾。这种方法较为先进, 但造价较高。本试验利用自制的频闪喷雾成像系统, 可以拍摄一定时间间隔的喷雾图像, 像素范围可达1 600 ?? 1 200, 清晰度高。由于MATLAB软件拥有强大的图像处理功能和高效的数值计算能力, 所以本文利用MATLAB 程序来分析处理燃油喷雾图像, 以便能够比较准确的获得燃油喷雾的许多有价值的信息。为进一步探讨燃油喷雾特性对柴油机性能的影响提供参考依据。

1?? 试验系统与研究方法

试验系统如图1 所示。本试验用数码相机拍摄燃油喷雾图像,

1. 喷油泵实验台2. 喷油泵3. 泵端压力传感器4. 喷油器5. 电荷放大器6. 频闪同步控制器7. 微型计算8. 闪光仪9. 闪光灯10. 数码相机

图1频闪喷雾摄像系统示意图

图2图像处理流程图

2算例

试验用喷油嘴型号为DLLA154S324, 启喷压力为20M Pa, 喷油泵转速为300 r /m in, 喷射背压为大气状态, 利用频闪喷雾成像系统拍摄相对于基准信号有不同延时时刻的喷雾图像。现在读入图像, 如图3 所示。

图3拍摄的喷雾图像示例

按上述方法对每幅图像进行分割和滤波处理, 把真彩色图像分别转换为比较清楚的黑白图像, 如图4所示。为减少不确定因素,并提取喷雾图像的轮廓图, 如图5所示。

图4处理后的二值喷雾图像

图5喷雾图像的轮廓图

通过微型计算机控制闪光仪的闪光时刻, 使闪光时刻与喷油器某时的喷雾同步, 拍摄每幅图像时闪光灯的持续闪光时间为0. 1 m s。为使所拍摄的图像具有可比性, 用压力传感器获取的压力信号为基准信号, 通过调整相对于基准信号的延时时间获取有一定时间间隔的喷雾图像, 以观察燃油雾化过程[ 3]。由于所拍摄图像并非来自同一循环, 本试验通过在不同循环中相对于基准信号的相同时间间隔拍3幅, 以便减少不确定因素, 减小随机误差。由于拍摄图像中油束的大小与实际大小有一定差别, 因此需要标定。方法是将数码相机的焦距和景深调好以后, 把一已知长度的纸条挂到喷油器上, 进行拍照。将其实际长度与照片中长度相比, 即得实物与图像的比例尺。通过比例尺换算可以得到油束的实际长度。并且在一次试验中, 数码相机的焦距和景深调好以后不再变动。数码相机拍摄的喷雾图像为真彩色图像, 即RGB 图像, 每幅图有1 600 ?? 1 200个像素。图像的读入由MATLAB程序的imread函数来实现。执行该函数后, 得到一个代表该图像的数字矩阵。为便于处理, 首先把真彩色图像转换成灰度图像, 再运用直方图均化函数histeq处理, 使图像细节更加清楚, 然后设置阈值, 对图像进行分割; 为了强化图像边界和消除噪声的影响, 对灰度图像进行LOG算子滤波, 并用二值分割图像进行与运算, 然后利用MATLAB 的相关函数选择所得二值图像中特定的对象,此时得到一幅黑白图像, 对其余同一延时时刻的2 幅图像, 均作同样处理, 共得到3 幅黑白图像, 将3 幅黑白图像进行与运算,得到一幅包含全部输入图像中特定对象的比较清晰的二值图像。运用MATLAB中jharris角点检测函数提取图像的角点,然后再利用ginput函数提取出油束的中心点与最远点，计算中心点与各油束最远点的距离作为该油束的射程,计算公式为：