[发明专利]多相浮射流实验发生装置及油滴气泡阴影图像处理方法

权利要求书

1.一种多相浮射流实验发生装置，其特征在于，该装置包括油气多相浮射流模拟系统和量测系统；

所述油气多相浮射流模拟系统包括安置于测量区域水体内的多相浮射流发生装置，所述多相浮射流发生装置的进气口通过气管连接空气泵，所述多相浮射流发生装置的进油口通过油管连接储油罐，油路上依次设置有阀门和蠕动泵；所述多相浮射流发生装置包括支架、管体分布盘、气体分流器和液体分流器；所述支架顶部固定设置所述管体分布盘，所述管体分布盘上间隔均匀交叉设置有不同孔径的若干出气管和出油管，所有所述出气管的底部开口均通过支路气管连接所述气体分流器的出气口，所述气体分流器的进气口连接所述气管的进气口，所有所述出油管的进油口均通过支路油管连接所述液体分离器的出油口，所述液体分流器的进油口连接所述油管的出油口，所有所述出气管以及出油管的顶部开口构成所述多相浮射流发生装置的喷口；

所述测量系统包括设置在所述测量区域水体背面的LED灯阵列、设置在测量区域水体一侧的激光器、同步器、第一相机、第二相机和计算机；所述激光器产生激光照射加入流场荧光示踪粒子的测量区域水体，经测量区域水体出射的一部分光滤波后由所述第一相机采集油滴气泡阴影图像，经测量区域水体出射的另一部分光滤波后由所述第二相机采集荧光粒子图像，所述第一相机和第二相机将采集的图像发送到所述计算机；

所述计算机对油滴气泡阴影图像进行处理完成对油滴以及气泡各相运动特征提取，所述计算机对荧光粒子图像进行处理完成水体特征提取；其中，所述LED灯列阵由LED控制器进行控制，所述激光器由激光控制器进行控制，所述激光控制器连接所述同步器，所述计算机通过控制所述同步器使得所述第一相机和第二相机同时进行图像采集；

所述计算机对油滴气泡阴影图像进行处理完成对油滴以及气泡各相运动特征提取的具体过程包括：

1)将原始油滴气泡阴影图像通过滤波消除背景干扰处理，将滤波消除背景干扰的图像进行二值化处理得到二值数字图像；

2)将二值数字图像分成独立目标和重叠目标；分别计算每个独立目标的质心，得到独立目标的质心信息；计算重叠目标边缘点的曲率，根据曲率变化极值点分割成几个分离目标，分别计算每个分离目标的质心，得到分离目标的质心信息；

3)将独立目标的质心信息和分离目标的质心信息合并得到所有目标的质心信息，分别计算图像中每个目标的灰度平均值，完成油滴以及气泡各相运动特征提取；其中，分别计算图像中每个目标的灰度平均值，完成油滴以及气泡各相运动特征提取，具体为：

平均灰度小于指定阈值的目标为油滴，得到油滴特征图像；

平均灰度大于指定阈值的目标为气泡，得到气泡特征图像；

根据相邻两帧图像的气泡位置，得到气泡速度图像；

根据相邻两帧图像的油滴位置，得到油滴速度图像。

2.如权利要求1所述的多相浮射流实验发生装置，其特征在于，所述出气管和出油管均采用针管。

3.如权利要求1所述的多相浮射流实验发生装置，其特征在于，所述LED灯阵列的发光波段为620～645nm。

4.如权利要求1所述的多相浮射流实验发生装置，其特征在于，所述气管上设置有气体流量计。

5.一种油滴气泡阴影图像处理方法，其特征在于包括以内容：

1)将原始油滴气泡阴影图像通过滤波消除背景干扰处理，将滤波消除背景干扰的图像进行二值化处理得到二值数字图像；

2)将二值数字图像分成独立目标和重叠目标；分别计算每个独立目标的质心，得到独立目标的质心信息；计算重叠目标边缘点的曲率，根据曲率变化极值点分割成几个分离目标，分别计算每个分离目标的质心，得到分离目标的质心信息；

3)将独立目标的质心信息和分离目标的质心信息合并得到所有目标的质心信息，分别计算图像中每个目标的灰度平均值，完成油滴以及气泡各相运动特征提取；其中，分别计算图像中每个目标的灰度平均值，完成油滴以及气泡各相运动特征提取，具体为：

平均灰度小于指定阈值的目标为油滴，得到油滴特征图像；

平均灰度大于指定阈值的目标为气泡，得到气泡特征图像；

根据相邻两帧图像的气泡位置，得到气泡速度图像；

根据相邻两帧图像的油滴位置，得到油滴速度图像。

6.如权利要求5所述的一种油滴气泡阴影图像处理方法，其特征在于，将二值数字图像分成独立目标和重叠目标，具体为：

计算二值数字图像中各目标的直径和长短轴比，满足直径和长短轴比均小于阈值条件的为独立目标，仅包含一个气泡或油滴，得到独立目标；不满足条件的为重叠目标，包含多个气泡和油滴，得到重叠目标。