數字圖像處理技術在噴霧方面的應用

董德磊，舒力，王德超，曹建明

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

數字圖像處理技術在噴霧方面的應用

董德磊，舒力，王德超，曹建明

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

通過MATLAB軟件運用數字圖像處理技術對使用高分辨率數碼相機拍攝的噴霧油束圖片進行處理。結果表明：所用方法去除干擾因素效果顯著，能有效降低非目標對象對目標區域的影響，圖像整體質量提高；目標區域與拍攝背景對比度與區分度鮮明，邊緣與整體輪廓較為清晰，可有效提高測量與分析的準確性；噴霧錐角測量結果可靠性好、精確度高且能較準確的評價噴射油束的霧化質量。

圖像處理；噴霧；錐角；霧化質量

KCLC NO.:U461Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)03-03-02

引言

隨著科技的高速發展，人們生活水平的不斷提高，對于汽車的需求量也在與日俱增，雖然有關汽車的新技術層出不窮，新能源汽車如純電動汽車、油電混合動力汽車等相繼進入我們的生活當中，但目前汽車仍然以燃油為主要動力能源。燃油的霧化質量直接對汽車的綜合性能有著決定性的影響，燃油噴霧錐角是研究霧化質量的重要指標，因此精確測量燃油的噴霧錐角對于研究燃油霧化質量以及對于研究各種噴霧液束霧化質量就顯得異常重要。

數字圖像處理（Digital Image Processing）是利用電腦運用相應的圖像處理軟件對圖像進行除噪聲、對比度增強、圖像分割、邊緣提取等處理方法的技術。如今，數字圖像處理技術已經日漸成熟且較為廣泛的應用于傳統影音圖像處理以及人工智能和高新技術等諸多領域，例如數字圖像處理已經成熟的應用于交通系統中進行信息采集、車牌識別[1-2]。本文介紹了基于數字圖像處理技術對噴油液束圖像進行處理以及測量其噴霧錐角的方法。

1、圖像處理

本文采用博世公司生產的BF6M1013道依茨發動機噴油器所噴射的油束，利用佳能EOS30D單反數碼相機運動模式進行拍攝如圖2所示。數碼相機拍攝的噴射油束圖片錐角邊緣一般不很清晰，不能準確的測量噴霧錐角，為了獲得邊緣清晰的圖像，精確的測量油束錐角需采用數字圖像處理技術利用相應的圖像處理軟件進行處理，然后進行噴霧錐角的測量。本文所述為使用MATLAB軟件利用其出色的圖像處理以及數值計算功能對圖片進行處理以及測量其噴霧錐角，具體處理與測量方法如圖1所示。

圖1

1.1 圖像灰度處理

圖2為在自然光線較好時采用黑色作為背景顏色所拍攝的圖片。噴射油束為白色可以明顯的和背景顏色區分，但自然光線由多種光線混合而成，所拍攝圖片中難免會有其它顏色對噴射油束進行干擾，影響對油束圖像判別的精度。灰度圖像可顯示為從最暗黑色到最亮白色的灰度，對圖片進行灰度處理，可將圖片處理為從亮到暗的黑白兩種顏色的圖片，從而減小因干擾顏色的存在對噴油液束圖像的判別。用MATLAB軟件經灰度處理的圖片可以完整的保留原圖顏色明暗梯度，可有效的降低因圖片失真對油束判別的影響，從而提高檢測與測量精度。

1.2 圖像對比度增強

照相機拍攝圖片時影響圖像效果的因素很多，例如光照強度、光線均勻性、所拍攝對象的感光度等都會影響相機對所捕捉對象的拍攝效果。受以上因素的影響圖片的質量會有一定程度的下降，清晰度降低，邊緣細節難以判別，尤其是需要對特殊對象進行提取分析更是難以準確把握。對于圖2而言噴射霧化的細小顆粒明顯感光度不足，不能清晰的顯示出其邊緣細節，對測量其錐角分析液束霧化效果造成較大影響，因此改善圖片質量尤其是突出所需對象尤為重要，對于突出目標對象使圖像對比度增強是行之有效的方法，使用該方法處理后的圖片可使不明顯的目標對象較為清晰的顯現出來，整個目標區域明顯清晰可見，可顯著提高檢測及測量精度。

圖2 原圖

圖3 處理圖

1.3 濾波處理

實際拍攝的圖片會因拍攝環境以及拍攝區域內存在的干擾因素使拍攝圖片中存在許多噪聲點，這些噪聲點會對噴射油束邊緣的檢測與判別造成較大影響，因此在對圖像進行邊緣檢測前需進行去噪聲處理，除噪聲即為進行濾波處理，不同的噪聲點采用不同的濾波方法處理效果會有所不同，比如線性濾波器對高斯噪聲的處理效果較好，中值濾波器能較好地消除椒鹽噪聲等脈沖噪聲，由于通常所拍攝圖片含有多種噪聲，因此采用多種濾波方法共同進行濾波處理能較好的消除圖片中噪聲點，提高圖片質量，降低噪聲對拍攝對象的影響，提高邊緣檢測精度[3]。

1.4 圖像二值化處理

圖像二值化就是將圖像的灰度值轉化為0或255使圖像呈現出對比鮮明的黑白效果。基于LOG算子的圖像二值化處理能夠快速精確的區分目標區和背景[4]；馬超玉[5]等人運用融合多級光照二值化處理的方法處理車牌圖像，有效的克服了光照的不均勻性對圖像二值化的干擾，使圖像字符更加清晰；因此圖像二值化可以較好的突出目標對象方便我們對目標對象進行準確的分析。經過灰度處理、對比度增強、濾波處理后的噴霧圖片雖然邊緣和整體輪廓與拍攝背景有著較為明顯的區分，但還不足以完全顯示出完整的油束圖像，圖像二值化有著突出優點，可以利用此方法使噴霧油束完全以白色顯示而背景則以單純的黑色顯示，這樣油束的整體輪廓清晰可見如圖3所示，經此方法處理就可準確的進行油束邊界的判別，為噴霧錐角的精確測量提供了可靠的目標對象。

1.5 噴霧錐角測量

噴霧錐角是噴霧的外廓角度，是宏觀噴霧特性的重要組成部分，是評價噴射油束霧化質量的關鍵性指標，因此對于噴霧錐角的研究與測量對研究噴射油束霧化質量具有重要意義。利用MATLAB軟件經上述方法處理后的圖片，噴霧油束與背景可以明確區分，液束邊界輪廓清晰，較為完整而且精確的顯示出液束輪廓，此時可以精確的在油束兩個邊界上分別選取多個點擬合出兩條直線，使用坐標圖畫出兩條直線，計算出兩條直線之間的夾角即為噴霧錐角，這些過程全部在計算機上利用軟件完成，取點精確、可靠，繪圖和測量計算結果精確，能較為準確的反應噴霧宏觀特性。

2、結論

（1）本文介紹了一種處理噴霧圖片的方法，去除干擾因素效果明顯，能有效降低非目標對象對目標區域的影響。

（2）經以上方法處理后的圖片噴射油束與背景區分明顯，能較為準確的呈現液束整體輪廓，可有效提高測量與分析的準確性。

（3）利用MATLAB軟件對處理后的圖片噴射油束邊緣擬合兩條直線，測出兩條直線之間的夾角即為噴霧錐角，測量結果可靠性好、精確度高且能較為準確的評價噴射油束的霧化質量。

[1] 陳寧寧，尹乾，周媛，高麗娜.數字圖像處理技術在智能交通中的應用[J].電子設計工程.2013,21（3）：10-14.

[2] F.Wang,L.Man,B.Wang,Y.Xiao,W.Pan,and X.Lu.Fuzzy-based algori -thm for color recognition of license plates[J].Pattern Recognit. Lett.,2008∶1007-1020.

[3] 樊春玲，鄒麗君，江婷婷. 數字圖像處理技術在邊緣特征提取中的應用[J].山西電子技術.2008-2：34-35.

[4] 田自君，劉藝.基于LOG算子邊緣檢測的圖像二值化處理[J].中國測試技術.2007，33(6)∶109-111.

[5] 馬超玉，孫俊喜，程帥，阮光詩，劉紅喜.融合多級光照處理的車牌圖像二值化算法[J].計算機應用.2013，33(S2)：200-202.

Digital image processing technology in the application of spray

Dong Delei, Shu Li, Wang Dechao, Cao Jianming
（Chang'an University Automotive Institute, Shaanxi Xi'an 710064）

Through MATLAB software using the digital image processing techniques to use high resolution digital camera images spray processing. The results show that the method of removing interference factors is effective and can effectively reduce the impact of non-target objects on the target area. The picture quality is improved. The contrast and sharpness of the target area and background are clear, and the accuracy of the analysis; spray cone angle measurement accurate of reliability, high accuracy and can be more accurate evaluation of the spray liquid atomization quality.

Image processing; Spray; Cone Angle; The atomization quality

U461

A

1671-7988(2017)03-03-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.002

董德磊，男，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院流體機械機械及工程專業。