董德磊，舒力，王德超，曹建明

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

数字图像处理技术在喷雾方面的应用

董德磊，舒力，王德超，曹建明

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

通过MATLAB软件运用数字图像处理技术对使用高分辨率数码相机拍摄的喷雾油束图片进行处理。结果表明：所用方法去除干扰因素效果显著，能有效降低非目标对象对目标区域的影响，图像整体质量提高；目标区域与拍摄背景对比度与区分度鲜明，边缘与整体轮廓较为清晰，可有效提高测量与分析的准确性；喷雾锥角测量结果可靠性好、精确度高且能较准确的评价喷射油束的雾化质量。

图像处理；喷雾；锥角；雾化质量

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

引言

随着科技的高速发展，人们生活水平的不断提高，对于汽车的需求量也在与日俱增，虽然有关汽车的新技术层出不穷，新能源汽车如纯电动汽车、油电混合动力汽车等相继进入我们的生活当中，但目前汽车仍然以燃油为主要动力能源。燃油的雾化质量直接对汽车的综合性能有着决定性的影响，燃油喷雾锥角是研究雾化质量的重要指标，因此精确测量燃油的喷雾锥角对于研究燃油雾化质量以及对于研究各种喷雾液束雾化质量就显得异常重要。

数字图像处理（Digital Image Processing）是利用电脑运用相应的图像处理软件对图像进行除噪声、对比度增强、图像分割、边缘提取等处理方法的技术。如今，数字图像处理技术已经日渐成熟且较为广泛的应用于传统影音图像处理以及人工智能和高新技术等诸多领域，例如数字图像处理已经成熟的应用于交通系统中进行信息采集、车牌识别[1-2]。本文介绍了基于数字图像处理技术对喷油液束图像进行处理以及测量其喷雾锥角的方法。

1、图像处理

本文采用博世公司生产的BF6M1013道依茨发动机喷油器所喷射的油束，利用佳能EOS30D单反数码相机运动模式进行拍摄如图2所示。数码相机拍摄的喷射油束图片锥角边缘一般不很清晰，不能准确的测量喷雾锥角，为了获得边缘清晰的图像，精确的测量油束锥角需采用数字图像处理技术利用相应的图像处理软件进行处理，然后进行喷雾锥角的测量。本文所述为使用MATLAB软件利用其出色的图像处理以及数值计算功能对图片进行处理以及测量其喷雾锥角，具体处理与测量方法如图1所示。

图1

1.1 图像灰度处理

图2为在自然光线较好时采用黑色作为背景颜色所拍摄的图片。喷射油束为白色可以明显的和背景颜色区分，但自然光线由多种光线混合而成，所拍摄图片中难免会有其它颜色对喷射油束进行干扰，影响对油束图像判别的精度。灰度图像可显示为从最暗黑色到最亮白色的灰度，对图片进行灰度处理，可将图片处理为从亮到暗的黑白两种颜色的图片，从而减小因干扰颜色的存在对喷油液束图像的判别。用MATLAB软件经灰度处理的图片可以完整的保留原图颜色明暗梯度，可有效的降低因图片失真对油束判别的影响，从而提高检测与测量精度。

1.2 图像对比度增强

照相机拍摄图片时影响图像效果的因素很多，例如光照强度、光线均匀性、所拍摄对象的感光度等都会影响相机对所捕捉对象的拍摄效果。受以上因素的影响图片的质量会有一定程度的下降，清晰度降低，边缘细节难以判别，尤其是需要对特殊对象进行提取分析更是难以准确把握。对于图2而言喷射雾化的细小颗粒明显感光度不足，不能清晰的显示出其边缘细节，对测量其锥角分析液束雾化效果造成较大影响，因此改善图片质量尤其是突出所需对象尤为重要，对于突出目标对象使图像对比度增强是行之有效的方法，使用该方法处理后的图片可使不明显的目标对象较为清晰的显现出来，整个目标区域明显清晰可见，可显著提高检测及测量精度。

图2 原图

图3 处理图

1.3 滤波处理

实际拍摄的图片会因拍摄环境以及拍摄区域内存在的干扰因素使拍摄图片中存在许多噪声点，这些噪声点会对喷射油束边缘的检测与判别造成较大影响，因此在对图像进行边缘检测前需进行去噪声处理，除噪声即为进行滤波处理，不同的噪声点采用不同的滤波方法处理效果会有所不同，比如线性滤波器对高斯噪声的处理效果较好，中值滤波器能较好地消除椒盐噪声等脉冲噪声，由于通常所拍摄图片含有多种噪声，因此采用多种滤波方法共同进行滤波处理能较好的消除图片中噪声点，提高图片质量，降低噪声对拍摄对象的影响，提高边缘检测精度[3]。

1.4 图像二值化处理

图像二值化就是将图像的灰度值转化为0或255使图像呈现出对比鲜明的黑白效果。基于LOG算子的图像二值化处理能够快速精确的区分目标区和背景[4]；马超玉[5]等人运用融合多级光照二值化处理的方法处理车牌图像，有效的克服了光照的不均匀性对图像二值化的干扰，使图像字符更加清晰；因此图像二值化可以较好的突出目标对象方便我们对目标对象进行准确的分析。经过灰度处理、对比度增强、滤波处理后的喷雾图片虽然边缘和整体轮廓与拍摄背景有着较为明显的区分，但还不足以完全显示出完整的油束图像，图像二值化有着突出优点，可以利用此方法使喷雾油束完全以白色显示而背景则以单纯的黑色显示，这样油束的整体轮廓清晰可见如图3所示，经此方法处理就可准确的进行油束边界的判别，为喷雾锥角的精确测量提供了可靠的目标对象。

1.5 喷雾锥角测量

喷雾锥角是喷雾的外廓角度，是宏观喷雾特性的重要组成部分，是评价喷射油束雾化质量的关键性指标，因此对于喷雾锥角的研究与测量对研究喷射油束雾化质量具有重要意义。利用MATLAB软件经上述方法处理后的图片，喷雾油束与背景可以明确区分，液束边界轮廓清晰，较为完整而且精确的显示出液束轮廓，此时可以精确的在油束两个边界上分别选取多个点拟合出两条直线，使用坐标图画出两条直线，计算出两条直线之间的夹角即为喷雾锥角，这些过程全部在计算机上利用软件完成，取点精确、可靠，绘图和测量计算结果精确，能较为准确的反应喷雾宏观特性。

2、结论

（1）本文介绍了一种处理喷雾图片的方法，去除干扰因素效果明显，能有效降低非目标对象对目标区域的影响。

（2）经以上方法处理后的图片喷射油束与背景区分明显，能较为准确的呈现液束整体轮廓，可有效提高测量与分析的准确性。

（3）利用MATLAB软件对处理后的图片喷射油束边缘拟合两条直线，测出两条直线之间的夹角即为喷雾锥角，测量结果可靠性好、精确度高且能较为准确的评价喷射油束的雾化质量。

[1] 陈宁宁，尹乾，周媛，高丽娜.数字图像处理技术在智能交通中的应用[J].电子设计工程.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，邹丽君，江婷婷. 数字图像处理技术在边缘特征提取中的应用[J].山西电子技术.2008-2：34-35.

[4] 田自君，刘艺.基于LOG算子边缘检测的图像二值化处理[J].中国测试技术.2007，33(6)∶109-111.

[5] 马超玉，孙俊喜，程帅，阮光诗，刘红喜.融合多级光照处理的车牌图像二值化算法[J].计算机应用.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，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院流体机械机械及工程专业。