[发明专利]纸浆两相流PIV测量的图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及两相流的图像处理方法，具体涉及纸浆两相流PIV测量的图像处理方法。

背景技术

目前， PIV（颗粒图像测速）测量技术是测量流场的一种非侵入式技术，是一种不干扰流场的流动特性和获得两相速度的测量技术，可以较为精确地反映瞬间流场，是目前国内比较先进的流场局部测量技术。PIV系统主要包含记录仪器、同步器、电脑、激光器及其连接的电缆和接线盒， PIV的工作原理是：一组球面和圆柱面组合透镜可将激光束展成具有一定厚度（0.1mm至几毫米）和一定光强，且分布均匀的平面光；以此照射流场某断面，便可得断面上相应流场的二维图像。为使图像清晰，在被测流场中播入示踪粒子，从而以粒子运动替代流体质点的运动。对于二维流动，通过调整平面光的位置，可使示踪粒子（是一种与流体的密度相等的粒子，具有良好的对光散射性，反应流体流动特性的粒子）在光平面内运动。记录仪器（相机或CCD相机）置于与光平面垂直的位置，用来拍摄平面流场的颗粒瞬态图像，这就是PIV系统的工作原理。

PIV测量技术如何能够较为精确地反映瞬间流场和获得两相流的速度，这与PIV测量技巧很有关系。国内外的学术报道介绍较多的是：将PIV系统作为一种测量工具，直接利用和分析PIV测量后的研究结果，但是具体应该怎么测量，怎么得到比较精确的结果报道却较少。在国内有江苏大学杨敏官（盐析液固两相流场的PIV测量方法，江苏大学学报(自然科学版), 2007, 28(4): 324-327）等人研究盐析液液固两相流场时采用在WINDOWS平台上自己开发的软件进行粒子的图像分离和处理，实现两相流流场测量，而对纸浆两相流实现图像分离和处理未见报道。

在国外，目前研究纸浆悬浮液的流场报道较多，  Pettersson 和 Anders Rasmuson（LDA Measurements on a Turbulent Gas/Liquid/Fibre Suspension，LDA Laser Doppler anemometry，2004:265-274）在2004年采用了由玻璃纤维、空气和酒精组成的模型悬浮液 ，可以形成透明悬浮液，从而进行对纸浆悬浮液的替代测量。John A.Wiklund 和Mats Stading （A Comparative Study of UVP and LDA Techniques for Pulp Suspensions in Pipe Flow，AIChE Journal, 2006,52(2): 484-495）于2006年采用了LDA（激光多普勒测速技术）对0.74%～7.8%的纸浆悬浮液进行测量。这些测量方法都是将纸浆悬浮液作为单相流来研究，无法得到两相流的速度场。

从国内外关于PIV测量方法的报道来看，有以下几个问题：1）没有纸浆两相流的PIV测量方法的介绍。2）虽然有其他类型的两相流测量方法的介绍，但是由于纸浆纤维两相流的纸浆纤维粒子是长圆柱状，具有自己独特的特点，无法借鉴其他两相流的PIV测量方法。

发明内容

为克服现有技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种纸浆两相流PIV测量的图像处理方法，能够较好的将水的示踪粒子和纸浆纤维粒子实现图像分离，为图像进一步处理和计算提供较好的图像前处理，是最终获得较准确的两相速度流场的关键步骤。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

（1）测量前的标定：在纸浆纤维悬浮液中待测量的片光平面中放入标定板，运行PIV中的操作平台系统采集、储存数据，完成测量前的标定；

（2）流场中示踪粒子的布撒和流场测量：在纸浆纤维悬浮液流场中布撒水的示踪粒子，然后运行PIV中的操作平台进行流场测量，得到纸浆纤维粒子和水的示踪粒子的结合图像；

（3）阈值确定结合掩模技巧作为基本方法的图像分离：将上述结合图像通过阈值确定并结合掩模技巧作为基本方法进行图像分离，分别得到纸浆纤维和水的示踪粒子的图像。

所述标定板为有机玻璃尺子，比标定板要方便和简单。

掩模技巧是一种减相关法，在PIV系统的图像处理技巧中，用的较多的是减相关法中的一种差平方和法，即最小二次偏差法（MQD法）互相关算法，本发明中掩模技巧就是采用这种最小二次偏差法（MQD）定义处理区域的一个数据，将这个数据覆盖下的东西处理，它之外的区域不做处理。

所述阈值确定是利用示踪粒子与纸浆纤维粒子的尺寸相差比较大的特点，从而区分两种粒子的图像。阈值确定水的示踪粒子粒径范围为5μm～10μm，纸浆纤维粒子粒径范围为20μm～4.5mm。