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摘要：喷雾锥角的大小对燃油在燃烧室空间的分布特性有着直接的影响。在以往传统人工测量喷雾锥角方法的使用中，存在着的准确性低以及重复性能差等一系列问题，为了解决这一问题，可以根据计算机视觉和图像处理技术，借助MATLAB/CU软件的图像处理功能来设计航空发动机燃油喷嘴雾化角度测量系统，以此达到可视化界面操作目标。
关键词：航空发动机；燃油喷嘴；雾化角度；测量研究
喷雾锥角的大小直接影响了燃料和空气混合、燃烧性能以及火焰形状等。在航空发动机内，一般是依照火焰筒的结构尺寸确定喷雾锥角的，这样的话，不仅对燃烧效率有一定的影响，并且还决定了火焰筒的使用时间。由于角度较大，喷雾会喷溅到火焰筒壁中去，在高温因素影响下逐渐堆积成垢状积炭，使得火焰筒局部过热，从而受到损坏，如果角度过小的话，则会使燃烧情况不彻底，因此要合理控制角度，不断提升喷嘴雾化角度的测试精度。
伴随着图形图像处理技术和可视化技术的不断发展，现有的检测技术已经逐渐替换了以往传统的目测方式，这一种方法具备很大的优点，不但可以减轻试验者的劳动强度，提升喷嘴锥角的检测效率，同时还可以保证检测结果的准确性。一般，这种图像处理方法被应用在了小麦外观的检测和喷嘴检测方面上。本文主要提出了根据计算机图像视觉方法，应用MAT-LAB、GUI软件强大图像处理功能设计出航空发动机燃油喷嘴雾化角度测量系统。
现有的雾化角度测量方法
喷雾锥角和产品的外形尺寸以及整洁性有着直接的联系，因此可以选择图像法和机械式探针法进行检测。图像法，主要是指采取数码相机收集喷雾图像，然后利用计算机测量和计算拍摄图像，获取角度值。机械式探针法则是在雾锥轴平面距离喷口一定距离为支出，将一根探针分别设置在雾锥周围，探针位于同一水平面内，进行测试的时候，将探针以直线方式移向物流的中心线一直到探针刚刚接触到的雾锥外围，因为测试过程是在雾锥轴平面进行的，可以将雾锥可视为一个2维平面，其中测量出来的数据既可以是角度和倾斜度，同时还可以作为距离中心线的直线距离。图像法主要是指在拍摄的照片上通过约定的某点作为两切线，由两切线的夹角获取雾化锥角，或者在两条边界上对应选择4个点，单侧两点做一条直线，两直线夹角表示在雾化锥角。这一种方式自身具备一定的主观性，它无法根据喷雾实际现状，最优接近喷雾角的真实值。
基于matla雾化角度测量方法
基于计算机图形视觉技术，应用MAT/LAB/GUI软件良好的图像处理功能设计出航空发动机燃油喷嘴雾化角度测量系统，并且对航空发动机燃油喷雾图像展开降噪滤波以及二值化等预处理，提取边缘图像，在基于最小二乘法原理对边缘图形进行边界拟合，拟合的两条射流线夹角就是喷雾锥角。在遵循最小二乘拟合原理的基础上，该方法所求得直线误差平方和最小，以此提升雾化锥角的整体精度。
2.1图像采集
常用的图像采集方式包含以下几点：
2.1.1数码相机获取动态图像
这一种方式操作比较简单，并且获取的图像质量清晰度好，可移动性强，缺陷是由于受到光照不均匀因素的影响，使得图像产生阴影，或者人工操作失误，导致图像发生倾斜情况等。
2.1.2摄像机采集动态图像
一般是将摄像机固定在试验箱支架中，使用图像采集卡将数字影像传到计算机中去，操作人员利用计算机来观察动态的图像，根据实际情况获取静态图像。该方法的图像传播速度和采集速度较快，图像占据内存较小。这一种方法的缺点是经常出现光照不平衡情况，并且还需要图像尺寸作为标准的参考依据。
2.1.3扫描仪获取图像法
这一方法获取的图像均匀性好，分辨率清晰。缺点是如果分辨率较高的话，会对图像处理速度产生很大的影响，并且对估计形态参数不会起到任何辅助作用。
因此，可以从上述三种图像采集方法的特征和实际应用需求入手，选择合适的图像采集方法。
2.2图像预处理
图像预处理主要包含图像的降噪滤波、图像的分隔、边界提取等，通过实施图像预处理可以获得更加清晰地图像，最终为喷雾图像角度的检测作出相应的准备。
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2.2.1开运算去除背景
在对喷雾瞬间图像展开拍摄的时候，光线经过背景板和油滴粒子的时候，会因为受到反射作用的影响，使得图像出现亮度不均匀情况，这种现象大发生对于图像分割的影响较大。因此，可以采取开运算减去背景法的方式来消除亮度不均匀现象，便于实施图像后期处理工作。2.2.2降噪滤波
图像中的降噪滤波主要包含均值滤波和中值滤波两种类型。均值滤波是典型的线性滤波算法的一种，主要是指在图像中对目标像素给一个模板，这一模板主要包含周围的临近像素、再使用模板中的全体像素平均值来替换掉原有的像素值。中值滤波的基本操作原理是将数字序列中的一个点值用该点的一个领域中各点的中值替换，使周围的像素值和真实值相接近，以此消除孤立的噪音点。
Matlab系统自带的滤波函数可以有效的抑制加性噪音，可是容易引图像模糊情况。因此可以通过改进自带的滤波函数避免对喷雾图像边缘的平滑处理。经过相互比较得出，均值滤波效果明显高于中值滤波效果。所以在本系统中，选择自身编制的均值滤波函数开展滤波处理工作。
均值滤波部分关键代码：
Function d＝avgfilter（x，n）;
A（1：n，1：n）＝1;
{height，width}＝size（x）;
Xl＝double（x）；
X2＝x1；
For j ＝:height-n＋1
For j＝1:width-n＋1
C＝x1（I：i＋（n-1），J：J＋（n-1））.*A；
S＝SUm（sum(c)）;
X2(I＋（n-1）/2，J＋（n-1）/2＝S/（n*n）
End
End
D＝UINT8（X2）.
2.2.3图像分割
喷雾图像的分配主要是指背景和液滴区域划分开来。常用的分隔原理是将图像分割成不同的等级，在设置阈值的基础上来确定区域。
图像阈值化处理的变换函数表达式如下：
根据喷雾图像中的油滴和背景灰度分布规律，基于误差率最小原则计算出边界分割的最优阈值。
2.2.4边缘提取
通过对二值化处理之后的喷雾图像进行边缘检测来获取雾化边界线。经常使用的边缘检测算法包含：Ganany算子，Sobel算子，robert算子以及prwitt算子等。
ROBERT边缘检测算子是一种利用局部差分算子寻找边缘算子。
Prewitt通过加大边缘检测算子的模板来计算差分算子，使得其在检测边缘的基础上还可以防止噪音带来的影响。Sobel算子采取带权的方法计算差分算子，既可以检测边缘数据点，同时还可以抑制噪音影响。
Ganny算子是基于寻找图像梯度的局部极大值来进行边缘检测，梯度是通过计算滤波倒数获取。这一方式选择两个阈值，在强弱边缘相互连接的情况下，弱边缘才会被包含在输出之中，它可以真正检测到弱边缘。
从以上分析可以看出，ganny算子的处理效果更佳，因此，可以选择这一方法对喷雾图像进行边缘处理。
3、结语
航空发动机燃油喷嘴雾化角度是衡量雾化质量的主要指标，因此，必须要提升雾化锥角的检测准确性，保证精度。
参考文献
[1]尚伟.耐高温燃油雾化喷嘴工作特性研究[D].南京航空航天大学,2016.
论文作者:李秀平,王静
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/15
标签：图像论文; 算子论文; 这一论文; 喷嘴论文; 边缘论文; 角度论文; 燃油论文; 《防护工程》2018年第7期论文;