[发明专利]一种气液固三相体系中流动参数的图像测量方法

说明书

本发明公开了一种气液固三相体系中流动参数的图像测量方法，包括图像采集、图像预处理、人工神经网络建模、相含率参数提取等步骤，通过本方法可以得到气相面积、液相面积、液相分率、气相分率等流动参数。进一步的，所述的图像测量方法处理同一实验条件下不同时刻的图像，获得所述流动参数随时间变化的数据；通过统计分析，可以识别涓流、脉冲流、鼓泡流等典型流型。本发明可以解决现有图像识别技术的不足，突破以图像提取定量气液流动参数的限制，进而提高气液流型的识别准确性。

技术领域

本发明涉及一种用于气液固三相体系中流动参数的图像测量方法。

背景技术

流型是气液固三相体系的重要流动参数。多相体系中流型的检测方法主要有压差法、摄像法、层析成像、超声成像等。CN106323361A采用高速摄像法测量气液两相流流型，可有效识别气液两相流的各相含量、速度和流量，但是不适用气液固三相体系。CN107402116A利用钝体尾迹的压差信号识别气液两相流型，在处理压差信号时加入白噪声，通过时频熵结合气液两相流的特征参数构建流型图。CN107101681A采用摄像法通过相分割和图像处理识别气液两相流型，其中拍摄区域要求使用高透光玻璃，同时对影响图像灰度的流体物性有要求。CN106323325A使用电阻层析成像法测量气液两相流的各相含量、速度、流量和流型，具有可视化、非接触等特点。CN104155362A在流体中加入示踪粒子，使用超声成像技术测量气液两相流流型。CN105806780A通过两个相互垂直的角度同时获取图像数据，进行了光学畸变校正后提取特征向量，建立相含率和流型的测量模型，解决了单视觉流型信息不足的问题。

综上可知，图像法是气液流型识别的最直观的方法，但是大多针对气液两相流，对气液固三相体系的适用性差，通常需要加入灰度差异大、高浓度的示踪液体才能得到流型信息。因此，发明一种适用于气液固三相体系流动参数的图像测量方法，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种适用性强的提取气液固三相体系的气相含率、液含率、气液比等流动参数的图像测量方法，具有定量分析、数据可靠、操作方便，并且能够对气液固三相体系的气液流型实现准确识别的特点。

本发明克服现有技术的不足，提供了一种气液固三相体系中流动参数的图像测量方法，使用以高速相机为核心的图像采集系统获取流型图像数据，传输到计算机经过图像重建后提取特征参数，利用人工神经网络建立图像识别模型，然后处理原始图像得到流动参数随时间变化的信号，最后通过统计分析识别流型。

本发明提供的一种气液固三相体系流动参数的图像测量方法，具体技术步骤如下：

步骤1，通过高速相机采集不同气速、液速、固体流动速率下气液固三相体系中不同位置的原始图像数据；

步骤2，选取一部分原始图像作为样本图像，对其进行分步处理，包括分割、阈值化、二值化、裁剪等步骤，获取标记图像，得到包括原始图像和标记图像的样本训练集；

步骤3，建立人工神经网络，输入样本训练集进行训练学习，建立气液相面积的图像识别模型；

步骤4，利用所建立的图像识别模型处理原始图像数据，得到识别结果图像，获取其中气相面积、液相面积、液相分率、气相分率、气液比的流动参数。

进一步的，所述步骤1中的原始图像可以从各种气液固体系中得到，气液固三相体系中的固体相在床层中可以是规则排布或正三角形排布或自然堆积排布等方式，颗粒可以为球形或圆柱或其它形状。其中的实验装置可以为圆管、矩形床、二维床等，其中矩形床和二维床的平面区域能得到更好的图像效果，图像可为床层的整体或局部区域图像，优选在稳定段的气液流型区域获取图像。

进一步的，所述步骤1中的原始图像由高速相机得到，矩形图像的像素一般较大，如2048×2048，可根据实际需求对图像进行缩放为512×512、256×256等像素大小后进行处理，提高图像识别系统的训练和计算效率。