(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210281790.X (22)申请日 2022.03.21 (71)申请人 重庆理工大 学 地址 400054 重庆市巴南区李 家沱红光大 道69号 (72)发明人 吴德操　罗彬彬　赵明富　钟年丙　 汤斌　宋涛　蒋上海　邹雪　 龙邹荣　王建旭　谭万尧　郭裕丰　 龙俊宇　张颖　曹盛　邓磊　 (74)专利代理 机构 重庆博凯知识产权代理有限 公司 50212 专利代理师 张乙山 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01) G01N 21/47(2006.01)G06V 10/44(2022.01) G06V 10/764(2022.01) (54)发明名称 基于激光截面成像的气液两相流气泡群特 征测量方法 (57)摘要 本发明具体涉及基于激光截面成像的气液 两相流气泡群特征测量方法， 包括： 向发生气液 两相流的透明容器发射激光束， 以能够沿激光束 的照射方向在透明容器中形成激光探测截面； 获 取激光探测截面上的气泡截面图像； 对气泡截面 图像进行气泡分类， 生成单气泡的规则气泡图像 和粘连或重叠气泡的不规则气泡图像； 对不规则 气泡图像中的粘 连或重叠气泡进行分割； 基于规 则气泡图像和分割后的不规则气泡图像提取特 征参数， 进而计算对应的液相截面含气率及气泡 位置分布。 本发 明解决了气泡粘 连和重叠带来的 截面计算问题， 并能够实现多种、 多维度气泡群 特征参数的测量， 从而能够提高气泡群特征参数 测量的全面 性和准确性。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 114594099 A 2022.06.07 CN 114594099 A 1.基于激光截面成像的气液两相流气泡群特 征测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 向发生气液两相流的透明容器发射激光束， 以能够沿激光束的照射方向在透明容 器中形成激光探测截面； S2： 获取激光探测截面上的气泡截面图像； S3： 对气泡截面图像进行气泡分类， 生成单气泡的规则气泡图像和粘连或重叠气泡的 不规则气泡图像； S4： 对不规则气泡图像中的粘连或重 叠气泡进行分割； S5： 基于规则气泡图像和分割后的不规则气泡图像提取特征参数， 进而计算对应的液 相截面含气率及气泡 位置分布。 2.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S1中， 以水平面上3 0°到45°的倾角向透明容器发射激光束。 3.如权利要求2所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S2中， 以垂直于 激光探测截面的角度采集气泡截面图像。 4.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S2中， 对气泡截面图像进行图像预处理， 图像预处理包括但不限于镜头畸变校 正、 像素比例尺计算、 干扰光斑消除、 二 值化处理和噪声抑制。 5.如权利要求4所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 图像预处 理具体包括以下步骤： S201： 将设置的棋盘格标定板对应放置于与激光探测截面重合的位置以获取对应的标 定图像， 再通过多 项式坐标变换法对气泡截面图像进行镜 头畸变校正和像素比例尺计算； S202： 在无气泡状态下采集激光探测截面的背景图像， 然后差分消除气泡截面 图像中 的干扰光斑； S203： 将气泡截面 图像转换为气泡截面灰度图像， 通过最大类间方差法对气泡截面灰 度图像进行二 值化处理得到截面气泡轮廓图像； S204： 通过中值滤波和高斯滤波分别抑制截面气泡轮廓图像中的散点噪声和随机噪 声。 6.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S3中， 基于连通域特征计算气泡截面图像中各个气泡的圆度值Ro； 然后基于气泡 的圆度值Ro将气泡分为单气泡和粘连或重叠气泡； 最后生成单气泡的规则气泡图像和粘连 或重叠气泡的不 规则气泡图像； 式中： L表示气泡截面的连通域周长； s表示气泡截 面的连通域面积； Ro＜0.98， 则气泡为 单气泡； Ro≥0.98， 则气泡 为粘连或重 叠气泡。 7.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S4中， 具体包括以下步骤： S401： 基于径向对称变换计算不规则气泡图像中每个边缘像素对径向半径[Rmin,Rmax] 内所有像素 的对称贡献， 然后将不规则气泡图像转换为突出图像梯度的局部径向对称图，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114594099 A 2最后进行阈值分割得到对应的二 值图； S402： 计算二值图连通域的质心坐标作为种子点； 然后通过距离度量和梯度度量两个 指标计算每 个边缘像素与种子点的相关度， 得到与每 个种子点 最相关的边 缘像素集； S403： 对各个种子点的边缘像素集进行椭圆拟合， 推断粘连或重叠对象边缘像素集的 缺失部分， 以实现粘连或重 叠气泡的分割； S404： 判断径向半径[Rmin,Rmax]是否为最佳径向半径， 若是， 则输出分割后的不规则气 泡图像； 否则， 改变径向半径[Rmin,Rmax]的取值， 并返回步骤S401。 8.如权利要求7所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S404中， 判断径向半径[Rmin,Rmax]是否为最佳径向半径的条件为： 输出拟合椭圆 的两两重叠度小于0.7， 且除去重叠后的椭圆总面积与原始未分割的连通域面积之比大于 0.95小于1.0 5。 9.如权利要求1所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S5中， 通过椭圆拟合算法提取规则气泡图像和分割后的不规则气泡图像的气泡 数量、 气泡像素面积和气泡 位置坐标， 进 而计算对应的液相截面含气率及气泡 位置分布。 10.如权利要求9所述的基于激光截面成像的气液两相流气泡群特征测量方法， 其特征 在于： 步骤S5中， 通过如下公式计算对应的液相截面含气率； α ＝∑an/A； 式中： α表示液相截面含气率； an表示激光探测 截面中每个气泡的像素面积； A表示激光 探测截面的总像素面积。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114594099 A 3