[发明专利]一种气液两相流重叠气泡图像分割方法

说明书

本发明公开了一种气液两相流重叠气泡图像重构方法，包括以下步骤：获取气液两相流场中气泡的原始图像；提取出原始图像中重叠气泡轮廓，拟合得到连续边界；根据拟合得到的连续边界，寻找凹点群；在凹点群中，根据凹点匹配条件对凹点进行匹配得到作为分割路径的两个凹点；按照得到的分割路径对重叠气泡进行分割；将分割后的气泡图像拟合成圆形。本发明重构方法能够快速的将重叠气泡分割开，在计算气泡尺寸参数提高了精度，进一步处理得到两相流场的气泡群尺寸分布、含气率等参数。

技术领域

本发明属于气液两相流动测量技术领域，具体来说涉及一种气液两相流重叠气泡图像分割方法。

背景技术

气液两相流动作为两相流中一种常见的流动形式，广泛存在于化工、能源、环保和轻工业等行业中。随着科学技术的进步，气液两相流在科学研究、环境保护、工业生产及人类生活中日益重要。气泡作为气液两相流中的分散相，其参数是表征气液两相流动的重要参数之一。气泡的测量，有助于进一步理解气液两相流的内部流动机理，也有助于揭示两相系统内部动量、质量和能量传递规律，最终对于指导两相流实验系统的设计、两相流设备的运行优化和有效控制各种化学反应过程产生重要意义。因此，气泡测量是两相流研究的一个重要课题。鼓泡塔反应器是作为分散相的气体以气泡的形式进入连续的液相中的一种反应器，具有结构简单、混合性能佳、传质传热性能好等优点。在石油化工过程中，气液鼓泡塔反应器得到了广泛应用，例如残油的加氢与裂解、气体吸收、废气废水处理、脱硫等。在鼓泡床反应器中，气液两相流的加入，有利于加快装置中反应物的混合速度，并且增强反应装置中热量的传递与交换，有利于加快化学反应速度，实现反应效率的提高。在鼓泡塔反应器中，气液两相之间的接触情况直接决定了反应效果，含气率和气泡尺寸等决定了反应器的体积、流型、气液相接触面积以及相间传质传热，进而影响整个反应的速率。因此，对鼓泡塔反应器内气泡尺寸参数的测量显得尤为重要。

在该领域，近年来出现了不少基于数字图像处理方法的参数测量方法，然而在两相流图像中，相互粘连重叠的气泡往往会呈现出形态各异的复杂形态，精确合理地分割出气泡十分困难。因此，想要实现气泡尺寸分布的精确检测，找到一种有效可行的分割算法，是一个重要且具有一定难度的任务。许多学者对粘连颗粒图像分割问题进行了研究，现有的分割重叠对象的方法主要可以分为三大类：分水岭算法、形态学算法和基于凹点匹配的算法。分水岭算法通过对不同区域设置标记,循环标记的最终结果形成分水岭，进行分割和提取纹理信息，该方法能够较好地保持气泡的形状特征，处理速度快，但是存在过度分割的情况，结果有较大误差。形态学算法将原图与背景作差得到中心亮点，然后对亮点进行重复加厚得到气泡的分割图像,该算法对于粘连颗粒体积相差很大的情况不能准确地进行分割。凹点匹配算法通过寻找边缘凹陷信息的凹点并进行匹配连接，对复杂的重叠目标分离效果较理想。现有的凹点匹配算法也存在一些问题：(1)基于轮廓曲率变换算法得到的凹点群对轮廓曲线的局部变化和噪声影响敏感，易将噪声识别为假凹点。(2)重叠情况比较复杂的情况下，气泡轮廓上的凹点往往会出现错误匹配。(3)现有的气泡轮廓算法重构一般通过将凹点简单两两相连得到气泡分割线，分割的气泡并不能反映气泡重叠部分的轮廓信息。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于曲率计算与圆周拟合的气液两相流重叠气泡图像分割方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种气液两相流重叠气泡图像分割方法，包括以下步骤：

获取气液两相流场中气泡的原始图像；

提取出原始图像中重叠气泡轮廓，拟合得到连续的边界；

根据拟合得到的连续边界，寻找凹点群；

在凹点群中，根据凹点匹配条件对凹点进行匹配得到作为分割路径的两个凹点；

按照得到的分割路径对重叠气泡进行分割；

将分割后的气泡图像拟合成圆形。

所述凹点匹配条件包括：