[發(fā)明專利]一種精確快速處理液滴鋪展圖像的方法

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• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107403031A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鵬飛;王鎖芳;牛佳佳;夏子龍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液滴動力學(xué)領(lǐng)域，具體是一種精確快速處理液滴鋪展圖像的方法。

背景技術(shù)

液滴撞擊壁面現(xiàn)象出現(xiàn)在很多行業(yè)中，例如航空航天，農(nóng)業(yè)，工業(yè)中的噴淋和印刷等。研究液滴撞擊壁面的鋪展過程對研究液滴與壁面之間的流動換熱起著重要作用。國內(nèi)外大量學(xué)者對單液滴撞擊壁面的鋪展過程進(jìn)行了研究，由于高速攝影儀拍攝的每個工況液滴鋪展過程都包含大量的圖片，并且為了研究某個參數(shù)的變化規(guī)律需要大量工況的研究。傳統(tǒng)的人工測量耗費了學(xué)者大量的時間和精力，同時，也存在人為因素造成的誤差，這不利于液滴撞擊壁面鋪展規(guī)律的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種精確快速處理液滴鋪展圖像的方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種精確快速處理液滴鋪展圖像的方法，包含以下步驟：

步驟1），采用補光燈與高速攝影儀相對布置的方式、通過高速攝影儀對液滴在壁面的鋪展過程進(jìn)行圖像采集，以獲取清晰的液滴撞擊壁面的鋪展圖像集；

步驟2），基于Matlab軟件利用加權(quán)平均的方法對步驟1）中獲取的鋪展圖像集進(jìn)行灰度處理，處理過后圖像的灰度值為0~255；

步驟3），基于Matlab軟件對步驟2）獲取的灰度圖像集進(jìn)行二值圖像處理，使用閾值變換法，根據(jù)灰度圖像中液滴邊界的灰度值設(shè)定閾值，使液滴與環(huán)境的交界線兩側(cè)附近區(qū)域灰度值分別為0和1；

步驟4），在步驟3）處理后的二值圖像集中選取液滴撞擊壁面前一時刻的二值圖像，查看并獲取該二值圖像最低像素點的橫坐標(biāo)X_bc和最高像素點的橫坐標(biāo)X_tc；

如果該二值圖像中同時存在若干個最低像素點，則選取其中心的最低像素點的橫坐標(biāo)作為X_bc，如果該二值圖像中同時存在若干個最高像素點，則選取其中心的最高像素點的橫坐標(biāo)作為X_tc；

步驟5），在步驟3）處理后的二值圖像集中選取液滴鋪展特征二值圖像，液滴在壁面上呈現(xiàn)清晰倒影的圖像為特征圖像，液滴與倒影的交界面為液滴鋪展的壁面像素點位置Y_c，即液滴撞擊中心像素點縱坐標(biāo)；

步驟6），讀取步驟3）處理后的二值圖像集，對其中的每一幅二值圖像：

步驟6.1），基于Matlab軟件計算液滴的接觸線半徑和直徑：

定義接觸線左邊界為壁面像素點位置Y_c與液滴左側(cè)邊緣的交接線，通過while循環(huán)進(jìn)行查值得到左邊界像素點橫坐標(biāo)X_l和右邊界像素點橫坐標(biāo)X_r，結(jié)合橫坐標(biāo)X_bc得到該時刻液滴接觸線的左像素半徑R_l、右像素半徑R_r和接觸線像素直徑D(t)；

步驟6.2），基于Matlab軟件計算液滴上表面中心高度：

定義液滴上表面高度為液滴上表面最高像素點與撞擊壁面的垂直距離，通過while循環(huán)進(jìn)行查值得到橫坐標(biāo)X_tc所對應(yīng)的液滴上表面像素點的縱坐標(biāo)Y_t，結(jié)合壁面像素點位置Y_c可得該時刻液滴上表面的中心像素高度H(t)；

步驟6.3），在相同圖像分辨率下，經(jīng)過像素比例標(biāo)定得到該二值圖像的液滴真實鋪展左半徑R_l’、右半徑R_r’、直徑D’(t)和液滴上表面真實中心高度H’(t)；

步驟7），通過for循環(huán)和zeros函數(shù)以矩陣的方式列出每幅二值圖像的液滴鋪展半徑、直徑、液滴上表面的中心高度、圖像幀數(shù)和鋪展時間。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1. 本發(fā)明通過高速攝影儀獲得液滴鋪展圖像，并基于Matlab軟件開發(fā)液滴鋪展圖像處理程序，可快速測量液滴鋪展半徑和直徑以及液滴上表面的中心高度。

2. 本發(fā)明可對單個工況中的大量圖片進(jìn)行批量處理，節(jié)省了大量的測量時間，同時，避免了人工測量帶來的誤差，使實驗結(jié)果更加精確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中液滴鋪展圖像處理流程示意圖；

圖2是本發(fā)明中液滴在壁面上的鋪展過程示意圖；

圖3是本發(fā)明中液滴灰度圖像；

圖4是本發(fā)明中液滴二值圖像；

圖5是本發(fā)明中液滴撞擊壁面前一時刻撞擊中心像素坐標(biāo)示意圖；

圖6是本發(fā)明中液滴上表面中心像素坐標(biāo)示意圖；