基于均值算法噴霧錐角圖像噪聲處理

李洪波，肖利民，李楚橋，王鳳輝

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，陜西 西安 710064）

基于均值算法噴霧錐角圖像噪聲處理

李洪波，肖利民，李楚橋，王鳳輝

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，陜西 西安 710064）

文章主要研究噴霧錐角圖像中噪聲處理，首先搭建噴霧水射流實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用數(shù)碼相機(jī)拍得噴霧錐角圖像，然后利用MATLAB軟件編寫(xiě)均值濾波處理的程序，最后利用均值濾波的方法對(duì)噴霧圖像中出現(xiàn)的噪聲進(jìn)行前期處理，過(guò)濾圖像上的噪點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比觀(guān)察噴霧錐角原灰度圖像與用均值濾波過(guò)濾之后的圖像，結(jié)果表明：使用均值濾波的方法對(duì)噴霧錐角圖像進(jìn)行噪聲處理，能夠有效的抑制噴霧錐角圖像上的噪聲，特別是對(duì)高斯噪聲來(lái)說(shuō)具有很好的抑制效果，能夠改善圖像的質(zhì)量，減小噪聲對(duì)圖像的干擾，方便對(duì)圖像進(jìn)行后續(xù)處理，進(jìn)而提高了測(cè)量噴霧錐角的準(zhǔn)確度。

噴霧錐角圖像；噪聲處理；均值濾波

Abstract:The paper mainly studies the image noise processing in the spray angle. Firstly, built a spray water jet test-bed and get spray angle image through a digital camera. Then compile a MATLAB program about mean filtering to noise processing.Finally, use the mean filtering methods to noise pre-treatment of the spray image. Compared spray angle in original gray image and use the mean filtering methods pre-treatment image, the results show that use the mean filtering methods to noise processing of the spray image have a better noise suppression effect, especially for gaussian noise, it can improve the image quality and reduce the noise effect to image to facilitate the later processing of the image, then improve the accuracy of measuring spray angle.

Keywords: spray angle image; noise processing; mean filtering

CLC NO.: U463.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-152-02

引言

液體霧化是指利用噴嘴或者其它機(jī)械裝置使連續(xù)的液體碎裂成液滴的過(guò)程，液體噴射霧化技術(shù)在生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用和需求，特別是在動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域，液體的噴射霧化應(yīng)用更加廣泛，利用到的動(dòng)力設(shè)備包括內(nèi)燃機(jī)、燃汽輪機(jī)、鍋爐等所利用的場(chǎng)合中都會(huì)涉及到燃料的噴射霧化問(wèn)題。燃料霧化質(zhì)量的好壞會(huì)對(duì)動(dòng)力設(shè)備的燃燒過(guò)程產(chǎn)生非常重要的影響，它會(huì)影響到動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能以及排放性能。經(jīng)過(guò)液體燃料的霧化，會(huì)使得液體射流碎裂成液滴，而后大的液滴會(huì)繼續(xù)碎裂成更小的液滴，射流碎裂成液滴的過(guò)程增加了液體的表面積使得液體和氣體接觸的面積增加，更大的接觸面積有利于燃燒效率和燃料利用率的提高，由此可見(jiàn)液體霧化在能源領(lǐng)域有著重要的研究?jī)r(jià)值和意義。目前，對(duì)液體霧化的研究主要是在噴霧宏觀(guān)方面和微觀(guān)方面進(jìn)行研究，噴霧宏觀(guān)方面的研究主要是指噴霧錐角和貫穿距離的研究，而微觀(guān)方面的研究主要是指液滴尺寸和液滴分布的研究。噴霧錐角作為噴霧霧化質(zhì)量的一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行研究具有十分重要的價(jià)值[1-2]。

對(duì)噴霧錐角的研究會(huì)涉及到對(duì)噴霧圖像處理的研究，主要是利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、噪聲處理、圖像分割、邊緣檢測(cè)等一系列圖像處理的方法，以達(dá)到增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)，抑制圖像噪聲，改善圖像質(zhì)量，使圖像更加清晰的目的，進(jìn)而使對(duì)噴霧錐角的測(cè)量更加準(zhǔn)確。本文主要研究利用均值濾波對(duì)噴霧錐角圖像上的噪聲進(jìn)行前期處理，處理之后發(fā)現(xiàn)，均值濾波使噴霧錐角圖像上的噪聲得到很好的抑制，特別是對(duì)圖像上的高斯噪聲具有很好的抑制作用，減弱了噪聲對(duì)噴霧錐角圖像的干擾，改善了圖像的質(zhì)量，使噴霧錐角圖像目標(biāo)域和背景域?qū)Ρ雀用黠@，提高噴霧錐角測(cè)量的準(zhǔn)確度[3]。

1 噴霧錐角原圖像

本文主要研究噴霧錐角圖像的噪聲處理，噴霧錐角的圖像通過(guò)試驗(yàn)獲得。試驗(yàn)所用到的噴嘴為自行設(shè)計(jì)的內(nèi)混式兩相流噴嘴，試驗(yàn)以水為工質(zhì)，把空氣作為氣體霧化介質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室搭建噴霧水射流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，給液體水和空氣不同的壓力，內(nèi)混式兩相流噴嘴就會(huì)產(chǎn)生水射流噴霧。利用高分辨率數(shù)碼單反相機(jī)拍攝不同工況下的噴霧圖像，因?yàn)閲娮斓膰娚錇檫B續(xù)噴射，所以相機(jī)拍攝模式為運(yùn)動(dòng)模式，拍得的照片為非瞬時(shí)定格，噴霧錐角照片為動(dòng)態(tài)下的照片，相對(duì)于瞬時(shí)照片來(lái)說(shuō)此次拍得的照片更加真實(shí)準(zhǔn)確。

由于拍攝噴霧錐角照片時(shí)各種因素的影響，拍得的噴霧錐角的圖片不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些噪聲，例如拍攝環(huán)境因素引起的噪聲，噴嘴中氣液之間的流動(dòng)所引起的噪聲，相機(jī)內(nèi)部元器件工作時(shí)引起的噪聲等等，圖像噪聲可以妨礙人的視覺(jué)感知，更重要的是對(duì)所測(cè)噴霧錐角的精確度產(chǎn)生一定影響，因此對(duì)噴霧錐角圖像進(jìn)行噪聲處理顯得尤為重要，本節(jié)主要研究利用均值濾波處理對(duì)噴霧錐角圖像上的噪聲進(jìn)行處理，因?yàn)榫禐V波可以有效的抑制圖像上的噪聲，特別是對(duì)高斯噪聲具有很好的抑制效果。

本節(jié)選用液相壓力 0.35MPa，氣路壓力為 0.3MPa工況下拍得的噴霧錐角圖像為例，對(duì)其進(jìn)行噪聲處理，噴霧錐角原圖像如下圖所示：

圖1 噴霧錐角原灰度圖像

2 均值濾波去噪聲

均值濾波就是，首先找到一個(gè)當(dāng)前像素點(diǎn)，再選擇一個(gè)模板，該模板是由與其近鄰像素的若干像素組成，然后把模板中的各個(gè)像素值加起來(lái)求出平均值，最后用平均值代替當(dāng)前像素值。模板的大小可以自由選擇，一般選擇3*3或5*5的模板，模板越大對(duì)噪聲處理的效果越好，但是會(huì)使圖像變得模糊[4-6]。本文以3*3的模板為例進(jìn)行介紹，均值濾波處理方法可以簡(jiǎn)單描述為如下圖所示：

假設(shè)當(dāng)前像素值為f(x,y),新的中心像素值為g(x,y)，均值濾波方法的計(jì)算如下：

均值濾波處理之后的圖如下圖所示：

圖2 均值濾波處理之后的圖像

從圖1和圖2可以看出，經(jīng)過(guò)均值濾波處理之后的噴霧錐角圖像，噴霧錐角圖像上的噪聲減小，特別是對(duì)高斯噪聲得到了很好的抑制，圖像質(zhì)量得到了很大的改善，使噴霧錐角圖像上的目標(biāo)域（白色部分）和背景域（黑色部分）的對(duì)比更加明顯，有利于對(duì)噴霧錐角圖像進(jìn)行后續(xù)的處理，提高了噴霧錐角測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)論

本文利用均值濾波對(duì)噴霧錐角圖像噪聲進(jìn)行前期處理，然后對(duì)比觀(guān)察了噴霧錐角圖像處理前后的變化，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：均值濾波使噴霧錐角圖像上的噪聲減小，特別是對(duì)圖像上的高斯噪聲具有很好的抑制作用，減弱了噪聲對(duì)噴霧錐角圖像的干擾，改善了圖像的質(zhì)量，使噴霧錐角圖像目標(biāo)域和背景域?qū)Ρ雀用黠@，提高噴霧錐角測(cè)量的準(zhǔn)確度。

[1] 曹建明.液體噴霧學(xué)[M]. 北京:北京大學(xué)出版社, 2013.

[2] 黃鎮(zhèn)宇,周志軍,曹欣玉,等. 撞擊式多級(jí)霧化水煤漿噴嘴的試驗(yàn)研究[J].熱力發(fā)電, 2001, 30(3):40-42.

[3] 董德磊,舒力,王德超,曹建明.數(shù)字圖像處理技術(shù)在噴霧方面的應(yīng)用[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù). 2017, 3:3-4.

[4] 朱虹等.數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社, 2005.

[5] 楊丹,趙海濱,龍哲等.Matlab 圖像處理實(shí)例講解[M].清華大學(xué)出版社. 2013.

[6] 王延翔.基于均值算法的混合噪聲圖像濾波算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)碩士生論文. 2010.

Image Noise Processing For Spray Angle Based On Mean Filtering

Li Hongbo, Xiao Limin, Li Chuqiao, Wang Fenghui
( Automobile Faculty, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

U463.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988(2017)18-152-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.052

李洪波，男，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)。