基于圖像處理的顆粒流動層模型研究

洪西洋，楊 暉，李 然，鄭 剛

(1.上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 2000932；2. 上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 2000932)

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基于圖像處理的顆粒流動層模型研究

洪西洋1，楊 暉1，李 然1，鄭 剛2

(1.上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 2000932；2. 上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 2000932)

如何方便且準(zhǔn)確地測量滾筒中顆粒的運(yùn)動速率分布是研究的難點(diǎn)。文中將給出一種基于數(shù)字圖像處理算法的實(shí)驗(yàn)方法來解決此難題。通過找到最合適的極短曝光時(shí)間，可捕獲在此曝光時(shí)間內(nèi)顆粒運(yùn)動軌跡的圖像，然后利用數(shù)字圖像處理算法計(jì)算出感興趣區(qū)域的顆粒運(yùn)動路程，即可計(jì)算出顆粒的運(yùn)動速率分布。通過精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可看出，本實(shí)驗(yàn)方法與理論僅有<8%的誤差，有力證實(shí)了通過圖像法測量顆粒速率分布可展開有效的研究工作。

圖像處理；連續(xù)流模型；顆粒運(yùn)動速率

HONG Xiyang1, YANG Hui1, LI Ran1, ZHENG Gang2

(1. School of Optical-Electrical and Computer Engineering,University of Shanghai for Science and Technalogy,Shanghai 2000932, China; 2.School of Medical Devices and Food Sciences,University of Shanghai for Science and Technalogy, Shanghai 2000932, China)

顆粒流越來越多的受到關(guān)注，目前的研究工作主要受技術(shù)需求驅(qū)動，對物理的認(rèn)知偏少。顆粒材料的表面流動研究對工業(yè)生產(chǎn)和自然現(xiàn)象至關(guān)重要[1]。例如工業(yè)上旋轉(zhuǎn)窖、攪拌機(jī)和喂養(yǎng)等系統(tǒng)中材料的運(yùn)輸、處理和存儲等；沙丘、熔巖流、雪崩和河流沉積物等自然現(xiàn)象[1]。本文介紹連續(xù)流分析的基礎(chǔ)框架，并給出滾筒中表面顆粒流的簡化描述數(shù)學(xué)模型。通過圖像處理方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)動滾筒中一般顆粒流模型的可靠性，基于圖像法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量誤差率<10%，適合滾筒中顆粒流的一般實(shí)驗(yàn)研究。

1 滾筒中表面流一般模型

圖1(a)為一般連續(xù)流模型圖。假設(shè)靜態(tài)層上面的流動層顆粒流是單向的，并對兩個(gè)顆粒層交界面的曲率影響可忽略。……