采用高速摄像和数字图像处理技术求解强紊动明渠水流自由面

摘要

针对强紊动明渠水流流速大、自由面形状难以测定的情况,使用高速摄像机以5000 fps的速率采集了陡槽中强紊动水流的高清晰数字图像,根据数字图像处理的基本原理,采用最大类间差法确定了所采集图像的阈值,并使用该阈值对所采集的图像进行了分割,得到了紊动水流的二进制图像,并基于八连通准则对该二进制图像中水流的边界进行了搜索检测,求得了水流边缘像素的位置坐标,确定了水流自由面的形状。结果表明,当陡槽中水流的平均流速达到7m/s后其自由面极不规则,存在着明显的柱状、团状突起,甚至破碎;这些突起的运动变形,造成了自由面的形状在短时间内变化剧烈,有可能发生包裹、卷吸作用而促进水气交换。最后对误差可能的产生来源进行了分析,指出了进一步的研究目标。