[发明专利]一种高温蒸发型喷雾纹影图像识别与测量方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机喷雾和图像处理识别技术领域，更具体地，涉及一种高温蒸发型喷雾纹影图像识别与测量方法。

背景技术

在全球化石能源资源日益减少和排放法规不断提高的严峻现实下，内燃机作为汽车等动力装置的原动机，节能减排是其研究的主要方向之一。内燃机燃料的喷雾蒸发过程是影响内燃机燃烧排放过程的最重要因素，开展对燃料的喷雾蒸发特性研究将十分有助于实现降低内燃机排放及改善内燃机性能。然而内燃机燃料的实际喷射雾化、扩散、蒸发等过程十分复杂，且伴随有循环变动，对环境条件的控制较为困难，因此不易开展观测研究。

目前，国际内燃机学界多采用纹影法在定容燃烧弹试验装置中研究内燃机燃料的喷雾蒸发特性。定容燃烧弹可以模拟内燃机缸内高温高压的喷雾燃烧环境，是研究喷雾燃烧过程的重要试验设备，预混式定容燃烧弹装置测试范围宽广，能满足研究要求，被国内外众多研究机构所采用。然而，在预混燃烧结束后，弹内气体的温度及密度会因燃烧和与壁面换热产生空间不均匀分布。燃烧诱发的小尺度强湍流和浮力诱发的大尺度弱湍流则使这种空间不均匀分布加剧为时空不均匀分布，导致环境气体存在随时间变化的随机密度梯度。通过纹影仪的可视化作用，环境气体密度梯度的时空变化被转化纹影图像上随时间变动的明暗相间的纹理，并贯穿喷雾过程的始末。因此在研究喷雾蒸发特性时，环境气体的时变纹理是一种复杂的时变背景噪声，使喷雾边界的识别非常困难。

准确识别纹影图像中喷雾区域的边界是测量喷雾宏观特性和研究喷雾演变历程的基础。早期研究中采用手动测量方法识别并测量实际喷雾的宏观参数，其存在识别随机性大、效率低和边界认定困难等问题。采用高速摄像技术后，单次喷射过程将产生数十至数百帧有效喷雾图像，需要采用具有效率高和稳定性好的图像处理程序对喷雾图像进行处理。喷雾图像处理程序的核心是确定图像分割阈值的算法，即判定喷雾图像中任意像素点是属于雾束主体还是环境背景。但是，传统的固定阈值法、灰度直方图波形分析法以及似然比检验法都不能很好处理与识别高温蒸发型喷雾纹影图像。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高温蒸发型喷雾纹影图像的识别与测量方法，其目的在于解决复杂纹影噪声下喷雾区域的识别、分离与自动测量等技术问题，其具有很高的准确性和处理效率，解决了传统的图像处理方法不能很好识别与处理高温蒸发型喷雾纹影图像的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种高温蒸发型喷雾纹影图像识别与测量方法，用于对预混燃烧式定容弹内的高温蒸发型喷雾纹影图像进行喷雾区域的识别与测量，以得到喷雾蒸发特性等量化指标，其特征在于，包括如下步骤：

S1：检测待处理图像帧的喷雾液相区、蒸汽区以及液相区和蒸汽区的混合区，其中，采用改进背景差分边缘检测方法检测液相区和混合区，采用帧间运算边缘检测方法检测蒸汽区和混合区。

所述改进背景差分边缘检测方法是在重构背景模型的基础上进行差分边缘检测，背景模型的重构过程为：以待处理图像的上一帧图像已识别出的喷雾区域为边界，边界内填充喷射开始时刻的前一帧图像相应区域的图像内容，边界外填充待处理图像的上一帧图像的背景区，从而得到重构图像，并将重构图像作为当前帧的背景模型，其中，边界内填充喷射开始时刻的前一帧图像相应区域中所指的“相应区域”即为边界内限定的且两幅图像中坐标相同的区域。在所述背景模型的基础上对待处理图像帧进行差分边缘检测，以得到喷雾液相区和混合区。

当处理本次喷射的第一帧图像时，背景模型即为喷射的拍摄的第一帧图像的前一帧图像。

所述帧间运算边缘检测，包括从高速摄影喷雾图像序列中提取待处理图像和待处理图像的前两帧图像一共三帧连续图像，对该连续的三帧图形进行标准差运算，获得三帧连续图像像素灰度值的标准差矩阵，确定该标准差矩阵阈值，根据该标准差矩阵阈值以获得喷雾蒸汽区和部分混合区。

S2：图像组合，其中，将所述步骤S1中采用改进背景差分边缘检测方法检测得到的喷雾液相区和混合区，以及采用帧间运算边缘检测方法检测获得的蒸汽区和混合区进行组合以得到完整的喷雾区轮廓。

S3：对所述步骤S2中获得的喷雾区轮廓进行喷雾特性参数测量与计算，以获得喷雾区的量化指标。