[发明专利]基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法

权利要求书

1.基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：向发生气液两相流的透明容器发射激光束，以能够沿激光束的照射方向在透明容器中形成激光探测截面；

S2：获取激光探测截面上的气泡截面图像；

S3：对气泡截面图像进行气泡分类，生成单气泡的规则气泡图像和粘连或重叠气泡的不规则气泡图像；

S4：对不规则气泡图像中的粘连或重叠气泡进行分割；

S5：基于规则气泡图像和分割后的不规则气泡图像提取特征参数，进而计算对应的液相截面含气率及气泡位置分布。

2.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于：步骤S1中，以水平面上30°到45°的倾角向透明容器发射激光束。

3.如权利要求2所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于：步骤S2中，以垂直于激光探测截面的角度采集气泡截面图像。

4.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于：步骤S2中，对气泡截面图像进行图像预处理，图像预处理包括但不限于镜头畸变校正、像素比例尺计算、干扰光斑消除、二值化处理和噪声抑制。

5.如权利要求4所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于：图像预处理具体包括以下步骤：

S201：将设置的棋盘格标定板对应放置于与激光探测截面重合的位置以获取对应的标定图像，再通过多项式坐标变换法对气泡截面图像进行镜头畸变校正和像素比例尺计算；

S202：在无气泡状态下采集激光探测截面的背景图像，然后差分消除气泡截面图像中的干扰光斑；

S203：将气泡截面图像转换为气泡截面灰度图像，通过最大类间方差法对气泡截面灰度图像进行二值化处理得到截面气泡轮廓图像；

S204：通过中值滤波和高斯滤波分别抑制截面气泡轮廓图像中的散点噪声和随机噪声。

6.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于：步骤S3中，基于连通域特征计算气泡截面图像中各个气泡的圆度值R_o；然后基于气泡的圆度值R_o将气泡分为单气泡和粘连或重叠气泡；最后生成单气泡的规则气泡图像和粘连或重叠气泡的不规则气泡图像；

式中：L表示气泡截面的连通域周长；s表示气泡截面的连通域面积；R_o＜0.98，则气泡为单气泡；R_o≥0.98，则气泡为粘连或重叠气泡。

7.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法，其特征在于：步骤S4中，具体包括以下步骤：

S401：基于径向对称变换计算不规则气泡图像中每个边缘像素对径向半径[R_min,R_max]内所有像素的对称贡献，然后将不规则气泡图像转换为突出图像梯度的局部径向对称图，最后进行阈值分割得到对应的二值图；

S402：计算二值图连通域的质心坐标作为种子点；然后通过距离度量和梯度度量两个指标计算每个边缘像素与种子点的相关度，得到与每个种子点最相关的边缘像素集；

S403：对各个种子点的边缘像素集进行椭圆拟合，推断粘连或重叠对象边缘像素集的缺失部分，以实现粘连或重叠气泡的分割；

S404：判断径向半径[R_min,R_max]是否为最佳径向半径，若是，则输出分割后的不规则气泡图像；否则，改变径向半径[R_min,R_max]的取值，并返回步骤S401。