基于均值算法喷雾锥角图像噪声处理

李洪波，肖利民，李楚桥，王凤辉

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

基于均值算法喷雾锥角图像噪声处理

李洪波，肖利民，李楚桥，王凤辉

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

文章主要研究喷雾锥角图像中噪声处理，首先搭建喷雾水射流实验台，用数码相机拍得喷雾锥角图像，然后利用MATLAB软件编写均值滤波处理的程序，最后利用均值滤波的方法对喷雾图像中出现的噪声进行前期处理，过滤图像上的噪点。通过对比观察喷雾锥角原灰度图像与用均值滤波过滤之后的图像，结果表明：使用均值滤波的方法对喷雾锥角图像进行噪声处理，能够有效的抑制喷雾锥角图像上的噪声，特别是对高斯噪声来说具有很好的抑制效果，能够改善图像的质量，减小噪声对图像的干扰，方便对图像进行后续处理，进而提高了测量喷雾锥角的准确度。

喷雾锥角图像；噪声处理；均值滤波

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

液体雾化是指利用喷嘴或者其它机械装置使连续的液体碎裂成液滴的过程，液体喷射雾化技术在生产和生活的各个领域中都有着广泛的应用和需求，特别是在动力机械领域，液体的喷射雾化应用更加广泛，利用到的动力设备包括内燃机、燃汽轮机、锅炉等所利用的场合中都会涉及到燃料的喷射雾化问题。燃料雾化质量的好坏会对动力设备的燃烧过程产生非常重要的影响，它会影响到动力设备的动力性能、经济性能以及排放性能。经过液体燃料的雾化，会使得液体射流碎裂成液滴，而后大的液滴会继续碎裂成更小的液滴，射流碎裂成液滴的过程增加了液体的表面积使得液体和气体接触的面积增加，更大的接触面积有利于燃烧效率和燃料利用率的提高，由此可见液体雾化在能源领域有着重要的研究价值和意义。目前，对液体雾化的研究主要是在喷雾宏观方面和微观方面进行研究，喷雾宏观方面的研究主要是指喷雾锥角和贯穿距离的研究，而微观方面的研究主要是指液滴尺寸和液滴分布的研究。喷雾锥角作为喷雾雾化质量的一个非常重要的评价指标，对其进行研究具有十分重要的价值[1-2]。

对喷雾锥角的研究会涉及到对喷雾图像处理的研究，主要是利用数字图像处理技术，对图像进行图像增强、噪声处理、图像分割、边缘检测等一系列图像处理的方法，以达到增强图像细节，抑制图像噪声，改善图像质量，使图像更加清晰的目的，进而使对喷雾锥角的测量更加准确。本文主要研究利用均值滤波对喷雾锥角图像上的噪声进行前期处理，处理之后发现，均值滤波使喷雾锥角图像上的噪声得到很好的抑制，特别是对图像上的高斯噪声具有很好的抑制作用，减弱了噪声对喷雾锥角图像的干扰，改善了图像的质量，使喷雾锥角图像目标域和背景域对比更加明显，提高喷雾锥角测量的准确度[3]。

1 喷雾锥角原图像

本文主要研究喷雾锥角图像的噪声处理，喷雾锥角的图像通过试验获得。试验所用到的喷嘴为自行设计的内混式两相流喷嘴，试验以水为工质，把空气作为气体雾化介质，在实验室搭建喷雾水射流实验平台，给液体水和空气不同的压力，内混式两相流喷嘴就会产生水射流喷雾。利用高分辨率数码单反相机拍摄不同工况下的喷雾图像，因为喷嘴的喷射为连续喷射，所以相机拍摄模式为运动模式，拍得的照片为非瞬时定格，喷雾锥角照片为动态下的照片，相对于瞬时照片来说此次拍得的照片更加真实准确。

由于拍摄喷雾锥角照片时各种因素的影响，拍得的喷雾锥角的图片不可避免的会产生一些噪声，例如拍摄环境因素引起的噪声，喷嘴中气液之间的流动所引起的噪声，相机内部元器件工作时引起的噪声等等，图像噪声可以妨碍人的视觉感知，更重要的是对所测喷雾锥角的精确度产生一定影响，因此对喷雾锥角图像进行噪声处理显得尤为重要，本节主要研究利用均值滤波处理对喷雾锥角图像上的噪声进行处理，因为均值滤波可以有效的抑制图像上的噪声，特别是对高斯噪声具有很好的抑制效果。

本节选用液相压力 0.35MPa，气路压力为 0.3MPa工况下拍得的喷雾锥角图像为例，对其进行噪声处理，喷雾锥角原图像如下图所示：

图1 喷雾锥角原灰度图像

2 均值滤波去噪声

均值滤波就是，首先找到一个当前像素点，再选择一个模板，该模板是由与其近邻像素的若干像素组成，然后把模板中的各个像素值加起来求出平均值，最后用平均值代替当前像素值。模板的大小可以自由选择，一般选择3*3或5*5的模板，模板越大对噪声处理的效果越好，但是会使图像变得模糊[4-6]。本文以3*3的模板为例进行介绍，均值滤波处理方法可以简单描述为如下图所示：

假设当前像素值为f(x,y),新的中心像素值为g(x,y)，均值滤波方法的计算如下：

均值滤波处理之后的图如下图所示：

图2 均值滤波处理之后的图像

从图1和图2可以看出，经过均值滤波处理之后的喷雾锥角图像，喷雾锥角图像上的噪声减小，特别是对高斯噪声得到了很好的抑制，图像质量得到了很大的改善，使喷雾锥角图像上的目标域（白色部分）和背景域（黑色部分）的对比更加明显，有利于对喷雾锥角图像进行后续的处理，提高了喷雾锥角测量的准确度。

3 结论

本文利用均值滤波对喷雾锥角图像噪声进行前期处理，然后对比观察了喷雾锥角图像处理前后的变化，对比发现：均值滤波使喷雾锥角图像上的噪声减小，特别是对图像上的高斯噪声具有很好的抑制作用，减弱了噪声对喷雾锥角图像的干扰，改善了图像的质量，使喷雾锥角图像目标域和背景域对比更加明显，提高喷雾锥角测量的准确度。

[1] 曹建明.液体喷雾学[M]. 北京:北京大学出版社, 2013.

[2] 黄镇宇,周志军,曹欣玉,等. 撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的试验研究[J].热力发电, 2001, 30(3):40-42.

[3] 董德磊,舒力,王德超,曹建明.数字图像处理技术在喷雾方面的应用[J].汽车实用技术. 2017, 3:3-4.

[4] 朱虹等.数字图像处理基础[M].北京:科学出版社, 2005.

[5] 杨丹,赵海滨,龙哲等.Matlab 图像处理实例讲解[M].清华大学出版社. 2013.

[6] 王延翔.基于均值算法的混合噪声图像滤波算法的研究与实现[D].北京邮电大学硕士生论文. 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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2017)18-152-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.052

李洪波，男，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院动力工程专业。