[发明专利]基于机器视觉的GDI汽油机喷雾撞壁参数自动提取方法及系统

权利要求书

1.一种基于机器视觉的GDI汽油机喷雾撞壁参数自动提取方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、背景分离

设置外部信号触发高速摄像机，实现喷油器喷油之前触发高速摄像机进行拍摄，获取无喷油时的初始状态图像作为背景图像，将采集的喷雾图像与背景图像做差，实现背景分离；

步骤2、基于小波变换的分层二值化

步骤2.1基于小波变换的初步二值化，采用Haar小波对背景分离后的喷雾图像进行二层小波分解，将高频系数置零，再重构图像，对重构的只含低频轮廓信息的图像进行二值化，得到初次二值化图像；

步骤2.2、二次二值化

在初次二值化基础上，利用初次二值化图像准确分割出其余喷雾边缘信息，再次进行二值化；

步骤2.3、二值图像去噪与轮廓提取

采用中值滤波算法去除二值化图像的噪声，然后用形态学开运算方法消除细小的尖刺，平滑图像边界，提取出完整的喷雾部分图像即感兴趣区域及其轮廓；

步骤3、喷雾撞壁参数的提取

定义贯穿距离L在撞壁前为喷嘴位置O点到喷雾发展最远端的距离，撞壁后为喷嘴位置到壁面的竖直距离；喷雾锥角θ定义为喷嘴位置到1/2喷雾贯穿距离处，喷雾两侧切线之间的夹角；喷雾半径r为喷雾撞壁后，射流沿壁面向铺展距离；喷雾高度h为自由喷雾撞壁后沿壁面方向向外，垂直壁面的喷雾卷吸高度；

步骤3.1、喷雾贯穿距离L的提取

在提取的喷雾轮廓基础上，利用扫描法求O点、喷雾最远端点所在坐标，利用最小二乘法拟合求取壁面所在直线AB方程，根据喷雾贯穿距离定义，进而求出已撞壁和未撞壁两种喷雾的贯穿距离；

步骤3.2、喷雾锥角θ提取

利用扫描法求喷雾从O点到1/2L处两侧边界位置的坐标，采用最小二乘法拟合出喷雾两侧切线OA和OB方程，进而求得到喷雾锥角θ；

步骤3.3、喷雾半径r的提取

利用扫描法求撞壁喷雾左右两侧边缘所在的两列，再求边缘所在列及O点所在列直线AB的交点，进而采用欧式距离求解喷雾的半径；

步骤3.4、喷雾高度h的提取

扫描AC或BD区间内喷雾上边缘，计算各点到壁面直线AB距离的最大值，即为喷雾左右卷吸高度。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的GDI汽油机喷雾撞壁参数自动提取方法，其特征在于步骤1、背景分离：

设置外部信号触发高速摄像机，实现喷油器喷油之前触发高速摄像机进行喷雾过程拍摄，获取无喷油时的初始状态图像；

选取喷油开始前一张图像作为背景图，对整组图像做去背景的初步处理；设背景图像和喷雾图像灰度化后的像素值分别用f₁(x,y)、f₂(x,y)，则背景分离后的喷雾灰度图像f(x,y)为

f(x,y)＝255-[f₁(x,y)-f₂(x,y)]………………(1)

3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的GDI汽油机喷雾撞壁参数自动提取方法，其特征在于步骤2.1、基于小波变换的初步二值化：

采用Haar小波对背景分离后的喷雾图像进行二层小波分解；其中低频部分LL代表原图像的轮廓信息，高频部分LH、HL、HH分别代表图像在水平、垂直和对角线方向的细节信息；基于小波变换的初步二值化算法即先对小波分解得到的低频图像初步二值化，得到喷雾图像的主要轮廓：首先对喷雾图像进行二层小波分解；然后将第一层和第二层的高频系数全部置零；再利用低频系数和置零的高频系数重构，得到反映原图像轮廓的只包含低频信息的重构图像；最后对重构图像进行二值化。

4.根据权利要求1或3所述的基于机器视觉的GDI汽油机喷雾撞壁参数自动提取方法，其特征在于步骤2.2、二次二值化：

先将初次二值化的喷雾图像与原喷雾图像做点乘，将图像中初次二值化部分像素值全置为零；再求图像中像素值非0和非255点的像素平均值，作为二次二值化的阈值T；然后对初次二值化后的喷雾图像再次二值化。

5.根据权利要求1或4所述的基于机器视觉的GDI汽油机喷雾撞壁参数自动提取方法，其特征在于步骤2.3、二值图像去噪与轮廓提取：采用Canny算子边缘检测，提取二值图像轮廓。