[发明专利]一种船用柴油机多孔喷雾图像的喷雾贯穿距和锥角自动求解方法

说明书

本发明的目的在于提供一种船用柴油机多孔喷雾图像的喷雾贯穿距和锥角自动求解方法，包括多孔喷雾图像预处理、图像去噪、喷雾宏观参数求解三个主要过程。图像预处理过程包括图像裁剪、畸变矫正、图像灰度化、图像二值化四个步骤；图像去噪过程包括中值滤波、孤岛噪声去除、半岛噪声去除、图像布尔运算四个步骤；图像宏观参数求解包括多孔喷雾边界分割、喷雾轮廓特征识别、喷雾贯穿距计算、远场锥角计算、近场锥角计算五个步骤。本发明解决了多孔喷雾中由于喷孔间距离较近造成的喷雾边界难以准确识别的问题；同时解决了由于强激波干扰造成喷雾背景动态复杂变化的问题。实现了多孔喷雾宏观参数的快速精确获取。

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理方法，具体地说是船用柴油机喷雾图像处理方法。

背景技术

柴油机是目前使用最为广泛的一种动力机械，但内燃机的广泛使用加剧了能源危机和环境污染。通过优化喷雾过程来提高燃烧效率，对于提高柴油机的整体工作状况和节能减排具有重要意义。

由于实际的柴油机均为多孔喷雾，因此研究柴油机多孔喷雾特性具有重要的现实意义。然而，在多孔喷油器中，由于喷孔加工精度的限制以及复杂的燃油喷射工况，同一喷油器不同喷孔的喷雾状态将存在差异。在多孔喷雾的过程中，每束喷雾的空气卷吸过程不仅受该束喷雾状态的影响，也会受到相邻喷雾油束的影响。不同喷雾油束间存在互相争夺空气的现象，导致在多孔喷雾过程中，燃烧室内的油气混合规律与单孔喷雾具有显著差异。

与单孔喷雾不同，双光程纹影/阴影法获得的图像中，喷雾以喷嘴为中心呈发散状分布，图像中存在多个喷雾前端与喷雾轮廓，因此，在参数识别的过程中，传统的单孔喷雾图像处理算法无法完成多孔喷雾的图像识别和参数提取。

然而，对于船用柴油机多孔喷雾，现有的多孔喷雾图像处理方法具有以下局限性(1)、较大的喷孔直径和喷油量以及较高的背景气体密度造成喷雾体直径较大，而较多的喷孔和密集的喷孔布置方式造成不同喷雾的边界间距较小。因此，不同喷雾所划分的扇区极易发生重叠而造成参数求解失败；(2)、船用柴油机特有的高压大流量喷雾给予喷雾体较大的速度和动量，而燃烧室内较高的背景气体密度又大幅降低了当地声速，因此，喷雾前端将产生高强度的诱导激波。激波的存在不仅使缸内流场更加复杂，还会将静态的测试背景变为动态背景。同时，不同激波所在的波峰与波谷会互相叠加和干涉，从而产生布满整个测试视野的、大小不一、明暗相间的孤岛。这些干扰因素的存在，使得简单的二值化操作无法准确的分辨喷雾和背景；(3)、现有算法均选取多孔喷雾中的某一束喷雾进行分析，这具有较大的随机误差。

发明内容

本发明的目的在于提供可以获得船用柴油机在动态背景条件下的贯穿距、锥角等宏观参数的一种船用柴油机多孔喷雾图像的喷雾贯穿距和锥角自动求解方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船用柴油机多孔喷雾图像的喷雾贯穿距和锥角自动求解方法，其特征是：

(1)对多孔喷雾图像进行图像预处理：使用图像裁剪算法对图像中无效的黑色边框进行去除，获得不包含黑色边框的矩形图像，矩形中圆形测试视野与矩形的边相切，利用双三次插值算法将由于光线畸变造成的图像失真进行矫正；

(2)对预处理后的多孔喷雾图像进行图像去噪：使用中值滤波算法去除背景中的椒盐噪声，利用去孤岛算法去除图像中的孤岛噪声；

(3)对去噪后的图像进行多孔喷雾的宏观参数求解：对多孔喷雾的不同油束进行区域划分，使不同的油束分别属于不同的区域，在各自的区域内进行喷雾特征识别，获取喷雾体轮廓，在喷雾轮廓上提取各像素点距离喷孔的距离以及任意两像素点之间的夹角，从而获取喷雾贯穿距、喷雾远场锥角和喷雾近场锥角。

本发明还可以包括：

1、对多孔喷雾图像进行图像预处理过程中，将RGB图像灰度化，转化为灰度图像同时，利于最大类间差分法确定灰度图像中喷雾体与背景的阈值，将灰度图像进行二值化处理。