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

（長安大學汽車學院，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

（長安大學汽車學院，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驗臺，用數碼相機拍得噴霧錐角圖像，然后利用MATLAB軟件編寫均值濾波處理的程序，最后利用均值濾波的方法對噴霧圖像中出現的噪聲進行前期處理，過濾圖像上的噪點。通過對比觀察噴霧錐角原灰度圖像與用均值濾波過濾之后的圖像，結果表明：使用均值濾波的方法對噴霧錐角圖像進行噪聲處理，能夠有效的抑制噴霧錐角圖像上的噪聲，特別是對高斯噪聲來說具有很好的抑制效果，能夠改善圖像的質量，減小噪聲對圖像的干擾，方便對圖像進行后續處理，進而提高了測量噴霧錐角的準確度。

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械裝置使連續的液體碎裂成液滴的過程，液體噴射霧化技術在生產和生活的各個領域中都有著廣泛的應用和需求，特別是在動力機械領域，液體的噴射霧化應用更加廣泛，利用到的動力設備包括內燃機、燃汽輪機、鍋爐等所利用的場合中都會涉及到燃料的噴射霧化問題。燃料霧化質量的好壞會對動力設備的燃燒過程產生非常重要的影響，它會影響到動力設備的動力性能、經濟性能以及排放性能。經過液體燃料的霧化，會使得液體射流碎裂成液滴，而后大的液滴會繼續碎裂成更小的液滴，射流碎裂成液滴的過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，由此可見液體霧化在能源領域有著重要的研究價值和意義。目前，對液體霧化的研究主要是在噴霧宏觀方面和微觀方面進行研究，噴霧宏觀方面的研究主要是指噴霧錐角和貫穿距離的研究，而微觀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量的一個非常重要的評價指標，對其進行研究具有十分重要的價值[1-2]。

對噴霧錐角的研究會涉及到對噴霧圖像處理的研究，主要是利用數字圖像處理技術，對圖像進行圖像增強、噪聲處理、圖像分割、邊緣檢測等一系列圖像處理的方法，以達到增強圖像細節，抑制圖像噪聲，改善圖像質量，使圖像更加清晰的目的，進而使對噴霧錐角的測量更加準確。本文主要研究利用均值濾波對噴霧錐角圖像上的噪聲進行前期處理，處理之后發現，均值濾波使噴霧錐角圖像上的噪聲得到很好的抑制，特別是對圖像上的高斯噪聲具有很好的抑制作用，減弱了噪聲對噴霧錐角圖像的干擾，改善了圖像的質量，使噴霧錐角圖像目標域和背景域對比更加明顯，提高噴霧錐角測量的準確度[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試驗獲得。試驗所用到的噴嘴為自行設計的內混式兩相流噴嘴，試驗以水為工質，把空氣作為氣體霧化介質，在實驗室搭建噴霧水射流實驗平臺，給液體水和空氣不同的壓力，內混式兩相流噴嘴就會產生水射流噴霧。利用高分辨率數碼單反相機拍攝不同工況下的噴霧圖像，因為噴嘴的噴射為連續噴射，所以相機拍攝模式為運動模式，拍得的照片為非瞬時定格，噴霧錐角照片為動態下的照片，相對于瞬時照片來說此次拍得的照片更加真實準確。

由于拍攝噴霧錐角照片時各種因素的影響，拍得的噴霧錐角的圖片不可避免的會產生一些噪聲，例如拍攝環境因素引起的噪聲，噴嘴中氣液之間的流動所引起的噪聲，相機內部元器件工作時引起的噪聲等等，圖像噪聲可以妨礙人的視覺感知，更重要的是對所測噴霧錐角的精確度產生一定影響，因此對噴霧錐角圖像進行噪聲處理顯得尤為重要，本節主要研究利用均值濾波處理對噴霧錐角圖像上的噪聲進行處理，因為均值濾波可以有效的抑制圖像上的噪聲，特別是對高斯噪聲具有很好的抑制效果。

本節選用液相壓力 0.35MPa，氣路壓力為 0.3MPa工況下拍得的噴霧錐角圖像為例，對其進行噪聲處理，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，首先找到一個當前像素點，再選擇一個模板，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像素值加起來求出平均值，最后用平均值代替當前像素值。模板的大小可以自由選擇，一般選擇3*3或5*5的模板，模板越大對噪聲處理的效果越好，但是會使圖像變得模糊[4-6]。本文以3*3的模板為例進行介紹，均值濾波處理方法可以簡單描述為如下圖所示：

假設當前像素值為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，經過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，特別是對高斯噪聲得到了很好的抑制，圖像質量得到了很大的改善，使噴霧錐角圖像上的目標域（白色部分）和背景域（黑色部分）的對比更加明顯，有利于對噴霧錐角圖像進行后續的處理，提高了噴霧錐角測量的準確度。

3 結論

本文利用均值濾波對噴霧錐角圖像噪聲進行前期處理，然后對比觀察了噴霧錐角圖像處理前后的變化，對比發現：均值濾波使噴霧錐角圖像上的噪聲減小，特別是對圖像上的高斯噪聲具有很好的抑制作用，減弱了噪聲對噴霧錐角圖像的干擾，改善了圖像的質量，使噴霧錐角圖像目標域和背景域對比更加明顯，提高噴霧錐角測量的準確度。

[1] 曹建明.液體噴霧學[M]. 北京:北京大學出版社, 2013.

[2] 黃鎮宇,周志軍,曹欣玉,等. 撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的試驗研究[J].熱力發電, 2001, 30(3):40-42.

[3] 董德磊,舒力,王德超,曹建明.數字圖像處理技術在噴霧方面的應用[J].汽車實用技術. 2017, 3:3-4.

[4] 朱虹等.數字圖像處理基礎[M].北京:科學出版社, 2005.

[5] 楊丹,趙海濱,龍哲等.Matlab 圖像處理實例講解[M].清華大學出版社. 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現[D].北京郵電大學碩士生論文. 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 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988(2017)18-152-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.052

李洪波，男，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院動力工程專業。