基于图像处理的Marangoni凝结液珠参数自动测量系统设计与实现

摘要

提高能源利用率是全球能源危机急迫解决的主要问题之一。提高凝结换热效率是提高能源利用率的有效方法之一。Marangoni效应能促进珠状凝结形式换热，珠状凝结的换热能力远好于膜状凝结，甚至高几十倍。凝结液珠参数和换热系数之间有密切关系，如果能得到凝结液参数，即可算出换热系数，继而给工业设计带来极大的便利。由于凝结液的透明性、反射性、形状及分布不规则性引起的模糊性问题给计算和统计凝结液参数的过程带来极大的挑战。文从凝结液珠的本身形状特征入手，对Marangoni凝结液珠边缘检测、面积、半径及覆盖率计算进行了深入的研究，提出了两种Marangoni凝结液珠边缘检测算子，并构建了具有自动测量Marangoni凝结液珠面积、半径及覆盖率等功能的系统。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了一种基于改进Otsu与四叉树法相结合的Marangoni凝结液珠边缘检测方法,该方法能有效地解决凝结液珠本身的透明性、反射性，形状和分布不规则性,而造成的图像中Marangoni凝结液珠边缘模糊检测难和计算凝结液珠参数困难等问题。该方法首先采用改进的Otsu算子自动确定高低阈值分割图像，用形态学方法去噪，采用四叉树法定位凝结液珠；其次考虑到复杂纹理特征，通过逻辑运算进一步去除了噪声，完善了以检测出凝结液珠的完整性；最后用Canny边缘检测算法获得了较好的凝结液珠边缘。实验结果表明，与只使用Otsu或四叉树处理相比，该方法不仅能准确地检测出凝结液珠区域，而且还能有效地抑制背景干扰，鲁棒性较强。⑵提出了一种基于区域生长法与四叉树法相结合的Marangoni凝结液珠边缘检测方法，本方法首先用区域生长法初步检测凝结液珠；其次采用四叉树法定位凝结液珠的位置，将图像已定位位置及周围部分和通过区域生长法得到图像的相应部分进行逻辑或运算；最后考虑到复杂纹理特征和凝结液珠本身的形状特征，进一步处理噪声、平滑边缘、完善了凝结液珠的完整性。实验结果表明，凝结液珠本身形状特征对Marangoni凝结液珠边缘区域具有较高的区分度，且能极大降低误检率，准确率高。⑶根据图像大小与实际物体大小相同，采用了图像处理直接计算的方法。按照图像的尺寸获得每个像素的宽度a和对角线的长度b，通过边缘表示法得到凝结液珠的周长并计算已标记分区像素的总数，算出面积，按照周长和面积的关系判断凝结液珠是否为圆形，按照圆形或者非圆形算出半径。利用MATLAB软件搭建了“基于图像处理的Marangoni凝结液珠边缘检测及参数自动测量系统”，它由人工视觉图像分割、液珠边缘检测及液珠参数计算等功能组成。使用方便、计算速度快，在工业设计方面，还在提高凝结换热效率方面即对Marangoni凝结液珠参数计算分析有着重要的意义。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外Marangoni凝结液珠图像分析研究现状

1.3 Marangoni凝结液珠实验过程

1.4论文主要内容及章节安排

1.5本章小结

第二章 Marangoni凝结液珠图像特征及其处理方法研究

2.1 Marangoni凝结液珠图像特征分析

2.2Marangoni凝结液珠图像的去噪滤波处理

2.3实验结果分析

2.4图像边缘检测经典算子

2.5改进的Krisch边缘检测算子

2.6本章小结

第三章 Marangoni凝结液珠图像边缘检测

3.1基于改进Otsu与四叉树法相结合的Marangoni凝结液边缘检测方法

3.2基于区域生长法与四叉树法相结合的Marangoni凝结液珠边缘检测方法

3.3准确率测试

3.4本章小结

第四章 Marangoni凝结液珠图像分析

4.1Marangoni凝结液珠参数测量

4.2研究结果

4.3本章小结

第五章 Marangoni凝结液珠图像处理并参数计算系统设计与实现

5.1系统框架

5.2系统的各界面的功能介绍

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1研究工作总结

6.2研究不足之处及展望

参考文献

研究生期间发表论文和参与科研情况

致谢

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