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柴油机喷雾特性的图像处理算法分析及优化

作　者: 牛振乾
导　师: 简林莎
学　校: 长安大学
专　业: 车辆工程
关键词: 喷雾特性 MATLAB 图像处理阈值分割算法对比
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 27次
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内容摘要

近年来，国内汽车保有量逐年增加，汽车排放污染带来的危害日益加重，且国际原油价格屡创新高，也为中国乃至国际汽车行业发展造成了很大障碍，节能环保成为各国汽车行业的研究重点。燃油雾化质量直接影响发动机的经济性、动力性、有害排放和噪声水平，为了实现理想的喷油规律和燃烧质量，有必要对喷雾质量的影响因素进行细致深入的研究。本文利用高分辨率数码照相机在手压喷雾实验台上采集纯柴油喷雾瞬间液滴图像，对图像中液滴进行人工统计得出平均直径、特征直径、发散度和尺寸分布图等；另外在定容弹测试实验台上利用高速照相机及纹影法对二甲醚/柴油混合燃料（D20）进行喷雾锥角和贯穿距离拍摄，进行人工分析，统计出喷雾过程油束宏观特性的变化趋势。对MATLAB 图像处理功能中图像增强、形态学操作、阈值分割、边缘检测等多种算法不断优化改进。通过对比分析可知对喷雾液滴图像中值滤波后采用基于贝叶斯分类算法统计所得液滴各项参数与人工统计结果拟合较好；对喷雾油束二值化图像采用Canny算子进行边缘检测后计算得到油束特性参数与人工结果相吻合。在算法确定的基础上基于MATLAB/GUI设计出了喷雾图像处理系统。利用该系统对不同启喷压力下的纯柴油喷雾液滴图像进行处理，实验表明启喷压力越大，小直径液滴数目越多，雾化质量越好；利用系统分别对不同喷孔直径、环境背压下D20燃料的喷雾锥角与贯穿距离进行测量分析发现喷孔直径越大喷雾锥角越大，而贯穿距离变化不明显；环境背压越大喷雾锥角越大，贯穿距离越小。以上结果与人工统计数据相符合，由此证明了软件及其算法的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 柴油机喷雾的国内外研究现状  9-10
  1.3 数字图像处理简介  10-12
    1.3.1 数字图像处理的发展  10
    1.3.2 数字图像处理技术的应用  10-11
    1.3.3 数字图像的主要研究内容  11-12
  1.4 论文研究的主要内容  12-13
    1.4.1 论文研究的主要目的  12
    1.4.2 论文研究的主要工作  12-13
  1.5 本章小结  13-14
第二章燃油喷雾特性评价标准  14-20
  2.1 雾化油滴的尺寸分布  14-17
    2.1.1 液滴尺寸分布图  14
    2.1.2 经验分布函数与理论分布函数  14-16
    2.1.3 平均直径与特征直径  16-17
    2.1.4 液滴尺寸的发散  17
  2.2 喷雾油束特征参数分析  17-19
    2.2.1 喷雾锥角  18
    2.2.2 油束贯穿距离  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第三章实验系统布置  20-28
  3.1 喷雾液滴尺寸分布实验  20-23
    3.1.1 测量方法的选择  20
    3.1.2 实验仪器的选择  20-21
    3.1.3 标准丝的拍摄  21-22
    3.1.4 雾场的拍摄  22-23
  3.2 喷雾油束特性测量实验  23-27
    3.2.1 实验台的搭建  23-26
    3.2.2 实验过程  26-27
  3.3 本章小结  27-28
第四章喷雾图像处理及相应 MATLAB 实现  28-56
  4.1 图像处理基础知识  28-30
    4.1.1 数字图像的数学模型  28
    4.1.2 数字图像类型  28-30
  4.2 MATLAB 概述  30-31
    4.2.1 MATLAB 简介及功能  30-31
  4.3 图像增强  31-37
    4.3.1 对比度线性展宽  32-34
    4.3.2 灰度直方图处理  34-36
    4.3.3 中值滤波  36-37
  4.4 形态学图像处理操作  37-42
    4.4.1 四连接与八连接  38
    4.4.2 膨胀与腐蚀  38-39
    4.4.3 开运算与闭运算  39
    4.4.4 开运算去背景  39-40
    4.4.5 顶帽变换与底帽变换  40-41
    4.4.6 形态重构法去背景  41-42
  4.5 图像分割与边缘检测  42-53
    4.5.1 人工选择法  44
    4.5.2 最大熵阈值分割法  44-46
    4.5.3 最优阈值法  46-47
    4.5.4 最大类间方差法  47-49
    4.5.5 基于贝叶斯分类算法  49-50
    4.5.6 边缘检测  50-53
  4.6 目标识别与计算  53-55
    4.6.1 喷雾液滴的识别与统计  53-54
    4.6.2 喷雾油束特征参数的计算  54-55
  4.7 本章小结  55-56
第五章喷雾图像处理系统的图形用户界面设计及实现  56-62
  5.1 MATLAB 图形用户界面设计  56
    5.1.1 图形用户界面简介  56
    5.1.2 图形用户界面设计原则  56
  5.2 句柄图形对象  56-57
  5.3 图形用户界面的创建  57-58
  5.4 喷雾图像处理系统的实现  58-61
    5.4.1 喷雾微观特性测量系统  59-60
    5.4.2 喷雾宏观特性测量系统  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章喷雾图像处理结果对比及分析  62-73
  6.1 喷雾微观特性算法多种组合的对比与误差分析  62-66
    6.1.1 喷雾微观特性算法多种组合的对比  62-65
    6.1.2 误差分析  65-66
  6.2 不同启喷压力条件下喷雾微观特性对比分析  66-69
  6.3 喷雾宏观特性检测误差及实验结果对比与分析  69-71
    6.3.1 软件宏观特性检测的误差分析  69-70
    6.3.2 喷雾宏观特性实验结果对比与分析  70-71
  6.4 本章小结  71-73
结论  73-75
  全文工作总结  73
  有待进一步研究的问题  73-75
参考文献  75-77
致谢  77

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