[發明專利]一種船用柴油機多孔噴霧圖像的噴霧貫穿距和錐角自動求解方法

在審

• 申請號: 202011170196.0
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112288710A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉龍;趙豪;劉岱;王洋;安琛;劉俊杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/62;G06T5/00;G06T5/30
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本發明的目的在于提供一種船用柴油機多孔噴霧圖像的噴霧貫穿距和錐角自動求解方法，包括多孔噴霧圖像預處理、圖像去噪、噴霧宏觀參數求解三個主要過程。圖像預處理過程包括圖像裁剪、畸變矯正、圖像灰度化、圖像二值化四個步驟；圖像去噪過程包括中值濾波、孤島噪聲去除、半島噪聲去除、圖像布爾運算四個步驟；圖像宏觀參數求解包括多孔噴霧邊界分割、噴霧輪廓特征識別、噴霧貫穿距計算、遠場錐角計算、近場錐角計算五個步驟。本發明解決了多孔噴霧中由于噴孔間距離較近造成的噴霧邊界難以準確識別的問題；同時解決了由于強激波干擾造成噴霧背景動態復雜變化的問題。實現了多孔噴霧宏觀參數的快速精確獲取。

技術領域

本發明涉及的是一種圖像處理方法，具體地說是船用柴油機噴霧圖像處理方法。

背景技術

柴油機是目前使用最為廣泛的一種動力機械，但內燃機的廣泛使用加劇了能源危機和環境污染。通過優化噴霧過程來提高燃燒效率，對于提高柴油機的整體工作狀況和節能減排具有重要意義。

由于實際的柴油機均為多孔噴霧，因此研究柴油機多孔噴霧特性具有重要的現實意義。然而，在多孔噴油器中，由于噴孔加工精度的限制以及復雜的燃油噴射工況，同一噴油器不同噴孔的噴霧狀態將存在差異。在多孔噴霧的過程中，每束噴霧的空氣卷吸過程不僅受該束噴霧狀態的影響，也會受到相鄰噴霧油束的影響。不同噴霧油束間存在互相爭奪空氣的現象，導致在多孔噴霧過程中，燃燒室內的油氣混合規律與單孔噴霧具有顯著差異。

與單孔噴霧不同，雙光程紋影/陰影法獲得的圖像中，噴霧以噴嘴為中心呈發散狀分布，圖像中存在多個噴霧前端與噴霧輪廓，因此，在參數識別的過程中，傳統的單孔噴霧圖像處理算法無法完成多孔噴霧的圖像識別和參數提取。

然而，對于船用柴油機多孔噴霧，現有的多孔噴霧圖像處理方法具有以下局限性(1)、較大的噴孔直徑和噴油量以及較高的背景氣體密度造成噴霧體直徑較大，而較多的噴孔和密集的噴孔布置方式造成不同噴霧的邊界間距較小。因此，不同噴霧所劃分的扇區極易發生重疊而造成參數求解失?。?2)、船用柴油機特有的高壓大流量噴霧給予噴霧體較大的速度和動量，而燃燒室內較高的背景氣體密度又大幅降低了當地聲速，因此，噴霧前端將產生高強度的誘導激波。激波的存在不僅使缸內流場更加復雜，還會將靜態的測試背景變為動態背景。同時，不同激波所在的波峰與波谷會互相疊加和干涉，從而產生布滿整個測試視野的、大小不一、明暗相間的孤島。這些干擾因素的存在，使得簡單的二值化操作無法準確的分辨噴霧和背景；(3)、現有算法均選取多孔噴霧中的某一束噴霧進行分析，這具有較大的隨機誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供可以獲得船用柴油機在動態背景條件下的貫穿距、錐角等宏觀參數的一種船用柴油機多孔噴霧圖像的噴霧貫穿距和錐角自動求解方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種船用柴油機多孔噴霧圖像的噴霧貫穿距和錐角自動求解方法，其特征是：

(1)對多孔噴霧圖像進行圖像預處理：使用圖像裁剪算法對圖像中無效的黑色邊框進行去除，獲得不包含黑色邊框的矩形圖像，矩形中圓形測試視野與矩形的邊相切，利用雙三次插值算法將由于光線畸變造成的圖像失真進行矯正；

(2)對預處理后的多孔噴霧圖像進行圖像去噪：使用中值濾波算法去除背景中的椒鹽噪聲，利用去孤島算法去除圖像中的孤島噪聲；

(3)對去噪后的圖像進行多孔噴霧的宏觀參數求解：對多孔噴霧的不同油束進行區域劃分，使不同的油束分別屬于不同的區域，在各自的區域內進行噴霧特征識別，獲取噴霧體輪廓，在噴霧輪廓上提取各像素點距離噴孔的距離以及任意兩像素點之間的夾角，從而獲取噴霧貫穿距、噴霧遠場錐角和噴霧近場錐角。

本發明還可以包括：

1、對多孔噴霧圖像進行圖像預處理過程中，將RGB圖像灰度化，轉化為灰度圖像同時，利于最大類間差分法確定灰度圖像中噴霧體與背景的閾值，將灰度圖像進行二值化處理。