[发明专利]一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法

权利要求书

1.一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S01：搭建光学成像系统，采集电极喷溅烧蚀行为的影像；

S02：采用空间数字滤波器对图像进行滤波，滤除原始图像中的残余弧光并得到喷溅液滴的边缘；

S03：基于图像的灰度分布对液滴边缘图像进行动态二值化并进行封闭域填充处理从而重构喷溅液滴，获得喷溅液滴的空间坐标位置及形状信息，利用连续帧的二值化图像重构喷溅液滴的运动轨迹；具体的，所述动态二值化方法采用了自动灰度级判别方法计算阈值，图像二值化后对封闭边缘进行空洞填充操作；

S04：对重构的喷溅液滴进行统计，得到燃弧过程中的喷溅烧蚀速率。

2.根据权利要求1所述的一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于：

步骤S01中所述光学成像系统包括大功率红外激光器、窄带滤光片、高速摄影仪；其中，采用所述大功率红外激光器照射电极表面，利用对应中心波长的所述窄带滤光片衰减弧光并保留电极表面反射的激光，采用所述高速摄影仪对电极喷溅烧蚀行为进行影像采集。

3.根据权利要求2所述的一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于：

所述红外激光器中心波长及窄带滤波片中心波长均为红外波段，在S01步骤中进行具体光学成像系统搭建时，根据不同气体介质和不同电极材料而选择具体中心波长，选取时避开强度较高的电弧发射光谱特征谱线：

所述红外激光器的功率可根据不同气体介质、不同电流等级进行调节，保证不同工况下电极喷溅烧蚀影像的清晰性。

4.根据权利要求1所述的一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于，步骤S02中所述空间数字滤波器是基于高斯-拉普拉斯边缘检测方法进行图像滤波。

5.根据权利要求4所述一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于，所述高斯-拉普拉斯边缘检测方法包含以下具体步骤：

S02-1：对光学成像系统采集的原始影像进行彩色图像转灰度图像处理，得到灰度图像的灰度级矩阵；

S02-2：构造高斯平滑滤波器对灰度图像进行滤波，消除图像的随机噪声：

其中f(x，y)表示每个像素点的灰度值，w表示滤波区域长度，噪声系数ξ的选取原则为在消除图像噪声的同时也不影响喷溅液滴边缘的清晰性；

S02-3：离散二维拉普拉斯算子，得到五阶掩膜矩阵，拉普拉斯算子的离散方式由喷溅液滴的特征决定，在22.5°、45°、77.5°、90°、112.5°、135°、157.5°......360°等十六个方向求二阶导，得到如下式所示的离散公式：

利用得到的掩膜矩阵和图像灰度矩阵进行卷积运算，从而得到喷溅液滴的边缘灰度分布矩阵。

6.根据权利要求5所述的一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于，最佳阈值的计算方法为：

设图象包含L个灰度级(0，1...，L-1)，灰度值为i的的象素点数为N(i)，图象总的象素点数为N＝N(0)+N(1)+...+N(L-1)；灰度值为i的点的概为：P(i)＝N(i)/N；门限t将整幅图象分为前景和背景两类，前景点数占图像比例w0＝sum(P(i))，平均灰度为u0＝sum(i*P(i))/w0；背景点数占图像比例为w1＝1-w0，平均灰度为u1＝sum(i*P(i))/w1；则图像的总平均灰度为：u＝w0*u0+w1*u1；前景和背景图象的方差：g＝w0*(u0-u)*(u0-u)+w1*(u1-u)*(u1-u)＝w0*w1*(u0-u1)2，采用遍历法得到使方差最大的阈值t即为所求。

7.根据权利要求1所述的一种气体电弧电极喷溅烧蚀的原位观测方法，其特征在于，步骤S04中是基于多目标粒子匹配追踪算法对重构的喷溅液滴进行统计。