[發明專利]一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法

有效

• 申請號: 201711379383.8
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN109949263B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 吳翊;崔彧菲;紐春萍;榮命哲;孫昊;楊飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/246;G06T7/62;G01N21/84
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

S01：搭建光學成像系統，采集電極噴濺燒蝕行為的影像；

S02：采用空間數字濾波器對圖像進行濾波，濾除原始圖像中的殘余弧光并得到噴濺液滴的邊緣；

S03：基于圖像的灰度分布對液滴邊緣圖像進行動態二值化并進行封閉域填充處理從而重構噴濺液滴，獲得噴濺液滴的空間坐標位置及形狀信息，利用連續幀的二值化圖像重構噴濺液滴的運動軌跡；具體的，所述動態二值化方法采用了自動灰度級判別方法計算閾值，圖像二值化后對封閉邊緣進行空洞填充操作；

S04：對重構的噴濺液滴進行統計，得到燃弧過程中的噴濺燒蝕速率。

2.根據權利要求1所述的一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于：

步驟S01中所述光學成像系統包括大功率紅外激光器、窄帶濾光片、高速攝影儀；其中，采用所述大功率紅外激光器照射電極表面，利用對應中心波長的所述窄帶濾光片衰減弧光并保留電極表面反射的激光，采用所述高速攝影儀對電極噴濺燒蝕行為進行影像采集。

3.根據權利要求2所述的一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于：

所述紅外激光器中心波長及窄帶濾波片中心波長均為紅外波段，在S01步驟中進行具體光學成像系統搭建時，根據不同氣體介質和不同電極材料而選擇具體中心波長，選取時避開強度較高的電弧發射光譜特征譜線：

所述紅外激光器的功率可根據不同氣體介質、不同電流等級進行調節，保證不同工況下電極噴濺燒蝕影像的清晰性。

4.根據權利要求1所述的一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于，步驟S02中所述空間數字濾波器是基于高斯-拉普拉斯邊緣檢測方法進行圖像濾波。

5.根據權利要求4所述一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于，所述高斯-拉普拉斯邊緣檢測方法包含以下具體步驟：

S02-1：對光學成像系統采集的原始影像進行彩色圖像轉灰度圖像處理，得到灰度圖像的灰度級矩陣；

S02-2：構造高斯平滑濾波器對灰度圖像進行濾波，消除圖像的隨機噪聲：

其中f(x，y)表示每個像素點的灰度值，w表示濾波區域長度，噪聲系數ξ的選取原則為在消除圖像噪聲的同時也不影響噴濺液滴邊緣的清晰性；

S02-3：離散二維拉普拉斯算子，得到五階掩膜矩陣，拉普拉斯算子的離散方式由噴濺液滴的特征決定，在22.5°、45°、77.5°、90°、112.5°、135°、157.5°......360°等十六個方向求二階導，得到如下式所示的離散公式：

利用得到的掩膜矩陣和圖像灰度矩陣進行卷積運算，從而得到噴濺液滴的邊緣灰度分布矩陣。

6.根據權利要求5所述的一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于，最佳閾值的計算方法為：

設圖象包含L個灰度級(0，1...，L-1)，灰度值為i的的象素點數為N(i)，圖象總的象素點數為N＝N(0)+N(1)+...+N(L-1)；灰度值為i的點的概為：P(i)＝N(i)/N；門限t將整幅圖象分為前景和背景兩類，前景點數占圖像比例w0＝sum(P(i))，平均灰度為u0＝sum(i*P(i))/w0；背景點數占圖像比例為w1＝1-w0，平均灰度為u1＝sum(i*P(i))/w1；則圖像的總平均灰度為：u＝w0*u0+w1*u1；前景和背景圖象的方差：g＝w0*(u0-u)*(u0-u)+w1*(u1-u)*(u1-u)＝w0*w1*(u0-u1)2，采用遍歷法得到使方差最大的閾值t即為所求。

7.根據權利要求1所述的一種氣體電弧電極噴濺燒蝕的原位觀測方法，其特征在于，步驟S04中是基于多目標粒子匹配追蹤算法對重構的噴濺液滴進行統計。