图像数字化处理技术在脉动燃烧火焰研究中的应用

摘要

脉动燃烧火焰具有较高的振荡频率，复杂的运动行为。运用图像数字化处理技术，实现火焰区域、轮廓和特征参数的提取对脉动燃烧的研究有着重要的意义。
　　 为了探索脉动燃烧火焰图像的自身属性，实现火焰区域和特征参数的提取，搭建了强迫式振荡火焰试验台。通过图像灰度特性和颜色特性的细致分析，系统地研究了图像分割技术在脉动燃烧火焰图像中的应用，实现了火焰特征参数的提取。本文的主要工作与成果如下：
　　 1、细致分析了不同工况下的脉动火焰图像的灰度特性，根据不同的化学当量比，给出了合理的灰度调整参数，增强了图像中火焰扩散锋面与预混锋面之间区域的对比度，降低了计算机的误识别几率，给脉动燃烧火焰区域的提取工作奠定了基础，为基于灰度特性的分割工作提供了参考；分别应用迭代法、最大类差法、遗传算法进行图像分割，提取火焰整体区域，分析了三种方法的优劣性与分割效果，研究结果表明，应用迭代算法分割脉动火焰图像具有良好的分割效果，且效率高，适合批量处理图像。
　　 2、采用三种基于颜色模型的综合分量法分割脉动燃烧火焰图像，细致讨论了这三种方法的分割效果与优劣性。通过对图像颜色特征的细致分析，提出了一种基于图像自身绿色分量(G)与蓝色分量(B)线性变换的分割法，提取了预混火焰的预混锋面包络区域以及预混锋面曲线，得到了较好的分割效果，为脉动预混火焰传播速度的提取奠定了基础。
　　 3、利用图像数字化处理技术提取了脉动燃烧火焰的特征参数，包括火焰高度、火焰质心、预混火焰传播速度、火焰扩散锋面曲线的分形维数；将分形理论应用于脉动燃烧火焰扩散锋面的研究，用分形维数表征火焰外轮廓的粗糙度与不规则程度。研究表明，脉动火焰的外轮廓曲线符合分形特征，分形维数能有效地反映火焰轮廓曲线的不规则程度。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 图像数字化基础

1.2.1 图像的数字化描述

1.2.2 图像的分类

1.3 火焰图像处理技术与研究现状

1.3.1 火焰图像的滤波处理

1.3.2 火焰图像的边缘轮廓提取

1.3.3 火焰图像的区域分割

1.4 脉动燃烧火焰

1.4.1 脉动燃烧技术研究的意义

1.4.2 脉动燃烧的研究现状

1.4.3 脉动燃烧火焰图像数字化处理的意义

1.5 论文的主要工作

第2章 实验台的搭建

2.1 实验台总体设计

2.2 图像获取系统

2.2.1 视窗设计

2.2.2 相机选取

2.2.3 拍摄参数的确定

2.3 本章小结

第3章 基于灰度特性的脉动火焰图像分割

3.1 脉动火焰图像的预处理

3.1.1 噪声产生的原因分析

3.1.2 中值滤波去噪

3.2 火焰图像的灰度调整

3.2.1 脉动火焰图像的灰度调整分析

3.2.2 灰度调整参数的确定

3.3 基于灰度特性的阈值分割法在脉动火焰图像中的应用

3.3.1 脉动火焰图像的灰度特性分析

3.3.2 基于迭代算法的阈值分割

3.3.3 基于最大类差法的阈值分割

3.3.4 基于遗传算法的阈值分割

3.3.5 分割效果分析

3.4 本章小结

第4章 基于颜色特性的脉动火焰图像分割

4.1 颜色模型简介

4.1.1 RGB颜色模型

4.1.2 HSI颜色模型

4.1.3 HSV颜色模型

4.1.4 YUV颜色模型

4.2 基于颜色模型的分割法在脉动火焰图像中的应用

4.2.1 单分量法

4.2.2 综合分量法

4.3 基于颜色特性的预混锋面包络区域的提取

4.3.1 脉动火焰图像特征分量的提取与分析

4.3.2 G、B分量线性转换

4.3.3 不同工况下的脉动火焰图像试验验证

4.4 本章小结

第5章 脉动燃烧火焰特征参数的提取

5.1 脉动火焰高度提取

5.1.1 火焰高度提取的原理分析

5.1.2 实际测量应用

5.2 脉动火焰质心提取

5.3 脉动火焰传播速度的提取

5.3.1 图像法测量火焰传播速度的原理

5.3.2 预混火焰传播速度的提取试验

5.4 脉动火焰扩散锋面的分形特征

5.4.1 分形理论基础

5.4.2 分形理论在火焰研究中的应用

5.4.3 脉动火焰扩散锋面曲线的分形维数计算

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果