1. Forschungs hintergrund
Die Bildung und Bewegung von Blasen im Gas-Flüssig-Zwei phasen strom hat einen wichtigen Einfluss auf die Sicherheit und Energie umwandlung effizienz von Industrie anlagen. Wie die Trennung von Blasen vom Hintergrund realisiert werden kann, steht im Mittelpunkt der Forschung in Blasen messtechniken. Die traditionellen Bild verarbeitung methoden "Bild binar isierung", "Kanten erkennung" und "Bild filterung" weisen beim Extrahieren von Informationen Einschränkungen auf. und sind nur auf ein einzelnes Bild anwendbar oder müssen manuell ausgewählt werden.
Forscher der Universität für Wissenschaft und Technologie der Inneren Mongolei (IMUST) haben die Genauigkeit und automatische Erfassung der Blasen bild trennung durch Hintergrund trennung von Blasen bildern haupt sächlich durch SVD (Singular wert zerlegung) verbessert. und RPCA (robuste Haupt komponenten analyze).
2. Forschungs übersicht
Die Forscher bauten zunächst eine Reihe experimente ller Plattformen auf, um die Eigenschaften des Blasens teige rungs verhaltens zu visual isieren (Abbildung 1).
Abb. 1 Experimentelle Plattform zur Visual isierung der Eigenschaften des steigenden Verhaltens von Blasen
Schritt 1: Der Informations reichtum der Gas-Flüssigkeits-Zwei phasen bilder wird durch die SVD-Methode (Singular Value Zersetzung) untersucht.
Schritt 2: Basierend auf dem RPCA-Algorithmus (Robust Principal Component Analysis) wird der flüssige Hintergrund effektiv entfernt und der Strömungs zustand der Blasen wird unabhängig voneinander beobachtet.
Schritt 3: Die Bilder werden durch SVD-Zerlegung in niedrigem Rang analysiert, und die getrennten Blasen bilder sind durch einwertige Verteilungs kurven gekennzeichnet.
Schritt 4: Analysieren Sie die extrahierte Blasen matrix, lokalisieren Sie die relative Position der Blasen, berechnen Sie die relative Bewegungs geschwindigkeit der Blasen und vergleichen Sie die Verformung größe der Blasen.
3. Experimentelle Einrichtung
1) die Hoch geschwindigkeit kamera Thousand Eyes Wolf mit einem 100-mm-Makroobjektiv von Canon EF wurde verwendet, um die Bewegung der Blasen am Boden des Pools zu filmen, wenn sie durch die darunter liegenden Partikel aufsteigen. Bildaufnahme parameter 1080 × 720 @ 1500fps.
2) Öl freier stiller Luft kompressor zur Erzeugung analoger Gase.
3) Elektronische Waage zum Wiegen von Massen verschiedener Partikel durchmesser bereiche (simulierte Suspension).
4)200W LED-Sonnen lampe für zusätzlichen flüssigen Hintergrunde ffekt.
4. Forschungs abschnitt zur Visual isierung von Hoch geschwindigkeit kameras
Im zweiten Schritt der Studie, basierend auf der RPCA-Idee, machen die Forscher Bilder der aufsteigenden Blasen mit einer Hoch geschwindigkeit kamera, um eine Datenbank zu erhaltenXÜber die Bewegung der Blasen und verwenden Sie die konvexe Programmier methode, um sich zu zersetzenXIn eine Matrix mit niedrigem RangLUnd eine spärliche MatrixSUnter dem Optimierung kriterium der Daten matrix und nehmenSAls die hervorstechen den Informationen im Quell bild, und machen Sie den niedrigen Rang Teil vonSMehr Informationen enthalten, indem der Schwellen wert, der besser zum Bewegungs prozess der Blase passt, kontinuierlich angepasst wird.
Abb. 2 zeigt die von der Hoch geschwindigkeit kamera aufgenommenen Bubble-Motion-Bilder. Da es sich bei den von der Hoch geschwindigkeit kamera aufgenommenen Fotos des Bubble-Motion-Prozesses um eine große Anzahl von Datensätzen handelt, wird die Abbildung mit der Intervall-Anzeige methode angezeigt.
Abb. 2 Originalbild der teilweisen Blasen bewegung
Abb. 3 zeigt die Trennung des niedrigen Ranges und des spärlichen Teils der Blasen bewegungs bild matrixXUnter Verwendung der RPCA-Technik und nach der Trennung wird der Bewegungs prozess der Blasen ohne Hintergrunds törung durch die spärliche Matrix untersucht.
Abb. 3 Bild der kontinuier lichen Bewegung von Blasen ohne flüssigen Hintergrund nach der Trennung
Im vierten Schritt der Studie werden eine Reihe von kontinuier lichen Bewegungs bildern von Blasen mit entfernter Hintergrund zur Analyse extrahiert. und die jeweiligen entsprechenden Zeilen-Additiv-und Spalten-Additiv-Vergleichs karten (Abb. 4) durch Akkumulieren der Blasen matrizen Zeile für Zeile und Spalte für Spalte gebildet werden, Beobachtung der Veränderungen der Bild matrizen im Prozess ihrer Bewegung, insbesondere der Veränderungen der hohen und niedrigen Peaks, und Lokal isierung der relativen Position der Blasen durch die Transformation der hervorstechen den Punkte von Matrix reihen und-spalten, die wiederum die Luftblasen bewegungs bahn zeigen, Und berechnen Sie dann die relative Geschwindigkeit der Blase durch die Intervall zeit jedes von der Hoch geschwindigkeit kamera aufgenommenen Bildes.
Abb. 4 Schematisches Diagramm der Zeilen summation und Spalten summation von Bildern des kontinuier lichen Bewegungs prozesses der Blasen
5. Schluss folgerung der Studie
In Kombination mit der RPCA-Matrix zerlegung stech no logie der Hoch geschwindigkeit kamera werden die Blasen genau vom Hintergrund bild getrennt. Die Studie schlägt Zeile für Zeile und Spalte für Spalte Akkumulation methoden vor, um die Morphologie des Bewegungs prozesses von Blasen zu messen. Dies hilft, das dynamische Verhalten von Blasen im Gas-Flüssigkeits-Zwei phasen fluss zu verstehen. Das Verfahren kann leistungs starke technische Unterstützung für die Detektion und Steuerung von Gas-Flüssig-Zwei phasen fluss parametern in der Energie wirtschaft bieten.
English
Deutsch
