應(yīng)承希，丁 濤，張瑞芬

(中國(guó)計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院 浙江省家具檢測(cè)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

DM8148的射流擴(kuò)散試驗(yàn)圖像處理系統(tǒng)研究

應(yīng)承希，丁 濤，張瑞芬

(中國(guó)計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院 浙江省家具檢測(cè)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

將實(shí)時(shí)快速圖像處理技術(shù)引入射流濃度場(chǎng)檢測(cè)領(lǐng)域，結(jié)合自主研發(fā)的濃度場(chǎng)擴(kuò)散試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)了一套以DM8148為圖像處理核心，CCS5.5.0和Matlab為軟件平臺(tái)的射流濃度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng).在實(shí)驗(yàn)水槽射流擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中，CMOS相機(jī)采集示蹤物質(zhì)濃度擴(kuò)散的一系列瞬時(shí)圖像，并提取示蹤物質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，通過(guò)圖像處理算法使示蹤劑的擴(kuò)散圖像以等濃度線圖形式顯示，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)濃度分布可視化.實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)對(duì)污染物擴(kuò)散規(guī)律研究及水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)均有借鑒意義，同時(shí)也表明本系統(tǒng)在水體污染物濃度場(chǎng)測(cè)量中具有一定的可行性.

射流濃度場(chǎng)；圖像處理；DM8148處理器；等濃度線圖；擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)

在環(huán)境水力學(xué)研究中，揭示射流的流動(dòng)現(xiàn)象并對(duì)其濃度場(chǎng)進(jìn)行定量測(cè)量一直是一個(gè)難題，同時(shí)也是研究熱點(diǎn)[1].自然水體中的污染物在岸坡腳形域頂點(diǎn)排放的擴(kuò)散與邊界往往非常復(fù)雜，橫向與垂向擴(kuò)散系數(shù)一般不相等[2-3].通過(guò)研究環(huán)境水體中射流濃度場(chǎng)的擴(kuò)散、傳輸特性等環(huán)境水利學(xué)問(wèn)題，可以為科學(xué)設(shè)計(jì)污染物排放口以及對(duì)射流在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用提供更加完善的理論基礎(chǔ)，具有很重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義[4].

在射流特性的研究中，Subramanya[5]對(duì)紊動(dòng)射流特性進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)也系統(tǒng)研究了射流軸線方程，國(guó)內(nèi)學(xué)者沈惠沖[6]利用數(shù)值模擬方法研究了受限空間的氣體剪切射流卷吸特性，Wang H[7], Tian X[8]和Lim T T[9]利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方法研究了射流與橫流摻混過(guò)程中的時(shí)均及紊動(dòng)特性，受制于對(duì)實(shí)驗(yàn)要求過(guò)高，使得進(jìn)一步研究和應(yīng)用受到很大限制.

在獲得濃度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)量法均是使用流動(dòng)測(cè)量?jī)x器如電導(dǎo)探頭，該方法只能提供一些有限點(diǎn)的數(shù)據(jù)且穩(wěn)定性不高，偏差較大.當(dāng)前射流濃度場(chǎng)圖像處理的方法都是通過(guò)相機(jī)先捕捉射流過(guò)程，再對(duì)捕捉圖像進(jìn)行分析處理，該方法存在的缺點(diǎn)就是自動(dòng)化檢測(cè)程度不高，不能實(shí)時(shí)處理.基于DSP在處理圖像等復(fù)雜信息方面具備的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)[10]，本文設(shè)計(jì)了一套基于DM8148的射流濃度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng).該系統(tǒng)可勝任較高要求下密集圖像的處理任務(wù)，即以CMOS工業(yè)相機(jī)為圖像輸入端，將采集的完整射流圖像數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后存放至DSP下開(kāi)辟的緩沖區(qū)，由CCS5.5.0調(diào)用DSP算法對(duì)射流圖像進(jìn)行處理，最后輸出濃度場(chǎng)的等濃度線圖，直觀反映示蹤物質(zhì)的濃度場(chǎng)分布狀態(tài).

1 裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置的搭建

自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的射流濃度場(chǎng)擴(kuò)散試驗(yàn)裝置主要包括水槽實(shí)驗(yàn)裝置和射流實(shí)驗(yàn)裝置.水槽實(shí)驗(yàn)裝置主要由不銹鋼支架、有機(jī)玻璃水槽、儲(chǔ)水箱、廢水箱等組成.所有的實(shí)驗(yàn)都是在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置(圖1)中完成.橫向射流裝置(圖2)由儲(chǔ)液箱、水泵、流量控制閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)(量程范圍為20～170LPM)和射流管組成，射流管口徑D=2 mm.

圖1中玻璃水槽長(zhǎng)2 000 mm、寬250 mm、高250 mm，儲(chǔ)水箱高1 000 mm，水桶容量為240 L.儲(chǔ)水箱上設(shè)計(jì)有三個(gè)不同高度的溢流口，保證儲(chǔ)水箱的水位維持在恒定值.儲(chǔ)水箱與水槽相連接，由于儲(chǔ)水箱的水位保持在恒定水位且有一定水壓，水從儲(chǔ)水箱壓入水槽中，調(diào)節(jié)儲(chǔ)水箱出水口的口徑以及選擇不同的溢水口，實(shí)現(xiàn)水槽中流速的改變.圖2中試驗(yàn)開(kāi)始前，用流量控制閥和一個(gè)已率定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)(圖3)按試驗(yàn)要求設(shè)置好射流流量.

圖1 實(shí)驗(yàn)水槽裝置示意圖Figure 1 Diagram of flume experimental device

圖2 射流試驗(yàn)裝置示意圖Figure 2 Diagram of jet experimental device

圖3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)率定曲線圖Figure 3 Calibration curve of variable area flowmeters

1.2 射流實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在整個(gè)射流試驗(yàn)開(kāi)始前，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)水槽裝置、射流試驗(yàn)裝置、圖像采集處理裝置進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作，確保整個(gè)試驗(yàn)正確有效的進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)水槽裝置的準(zhǔn)備工作主要包括設(shè)定儲(chǔ)水箱的液高并打開(kāi)相應(yīng)位置處的溢流口，保證水箱內(nèi)水位在固定液高，同時(shí)調(diào)整儲(chǔ)水箱的出水口閥門(mén)，從而控制儲(chǔ)水箱出水速度.選擇已知濃度的羅丹明B放入射流儲(chǔ)液箱，然后調(diào)節(jié)流量控制閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)，使射流出口速度維持在穩(wěn)定值.

圖像采集和處理裝置的準(zhǔn)備工作是首先調(diào)整并固定CMOS工業(yè)相機(jī)至射流濃度場(chǎng)待檢測(cè)區(qū)域，然后進(jìn)行相機(jī)初始化相關(guān)的設(shè)置，開(kāi)啟補(bǔ)光光源降低光源噪聲污染，設(shè)置CMOS相機(jī)曝光率、分辨率等相關(guān)參數(shù).

射流擴(kuò)散試驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后，三個(gè)步驟協(xié)同進(jìn)行.再次打開(kāi)儲(chǔ)水箱出水口處的閥門(mén)，引流至實(shí)驗(yàn)水槽中，模擬環(huán)境水流.打開(kāi)射流裝置的電源并用細(xì)水泵將羅丹明B從儲(chǔ)液箱中抽至實(shí)驗(yàn)水槽中，模擬橫向污染物射流.工業(yè)CMOS相機(jī)捕捉待檢測(cè)區(qū)域的射流擴(kuò)散試驗(yàn)圖像結(jié)合板卡與上位機(jī)完成圖像的處理與顯示.一次完整的射流試驗(yàn)后循環(huán)進(jìn)行相同步驟的操作，積累試驗(yàn)數(shù)據(jù).整個(gè)射流擴(kuò)散試驗(yàn)的準(zhǔn)備以及整個(gè)試驗(yàn)的檢測(cè)流程可見(jiàn)圖4.

圖4 射流擴(kuò)散試驗(yàn)檢測(cè)流程圖Figure 4 Diagram of jet experimental detection process

1.3 示蹤劑標(biāo)定

射流試驗(yàn)裝置的準(zhǔn)備工作包括首先對(duì)不同濃度羅丹明B進(jìn)行圖像的標(biāo)定，選取不同濃度的羅丹明B進(jìn)行圖像采集和預(yù)處理，得到灰度和濃度的變換曲線關(guān)系.

為模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下某個(gè)截面上的污染物擴(kuò)散過(guò)程并取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，在儲(chǔ)液箱擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).由于羅丹明B溶液為紫紅色，拍攝時(shí)最好采用白色作為背景并選擇合適的光源.本標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的步驟為：配置表1所示的八組不同質(zhì)量濃度的羅丹明B溶液，采集溶液圖像，然后對(duì)其進(jìn)行圖像去噪、灰度化處理(圖5)得到其對(duì)應(yīng)的灰度值.使用Matlab對(duì)示蹤劑濃度與對(duì)應(yīng)的灰度進(jìn)行擬合，從而得到溶液灰度-質(zhì)量濃度之間的變換曲線.

表1 不同質(zhì)量濃度的羅丹明B及其對(duì)應(yīng)灰度值Table 1 Gray value of each concentration of rhodamine B

圖5 不同濃度羅丹明B溶液的灰度值圖像Figure 5 Gray scale image of each concentration of rhodamine B

將標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在同一坐標(biāo)系中，濃度值為橫坐標(biāo)，灰度級(jí)大小為縱坐標(biāo).實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致呈非線性關(guān)系，且單調(diào)遞減，可假定它們之間的函數(shù)關(guān)系式為

G=aeρ+d.

(1)

式(1)中ρ為羅丹明B的濃度，G為灰度級(jí)，a,b,d均為常數(shù)，利用最小二乘法擬合，得到濃度c與灰度級(jí)G的標(biāo)定曲線，如圖6.本章實(shí)驗(yàn)擬合得到的羅丹明B質(zhì)量濃度-灰度級(jí)關(guān)系曲線的函數(shù)表達(dá)式為G=275.673 7C-0.010 0-9.476 2.

圖6 羅丹明B質(zhì)量濃度-灰度關(guān)系曲線Figure 6 Relation curve of concentration and gray of rhodamine B

2 硬軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

檢測(cè)過(guò)程開(kāi)始前，首先需要對(duì)工業(yè)CMOS相機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)調(diào)整光源亮度到合適的值，以便采集的圖像能夠真實(shí)反映整個(gè)的射流濃度擴(kuò)散過(guò)程.采集得到的圖像信息經(jīng)由DSP進(jìn)行圖像算法處理，最后在顯示器上顯示處理結(jié)果.

2.1 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件TMS320DM8148為T(mén)I的高性能DMSOC，內(nèi)部集成了1 GHz的ARM? CortexTM-A8的ARM處理器，和750 MHz的C674x+TM浮點(diǎn)型DSP處理器，并且擁有1個(gè)高清視頻協(xié)處理器(HDVICP2)，同時(shí)集成了Imaging Subsystem (ISS)，HDVPSS.CPU具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力并包含大量的外設(shè)資源，可以滿(mǎn)足射流濃度場(chǎng)檢測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求.系統(tǒng)框圖如圖7.

圖7 硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖Figure 7 Block diagram of the hardware system

2.2 處理器模塊

處理器模塊以TMS320DM8148為核心，并配合CPLD芯片外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器及部分?jǐn)?shù)字接口.DM8148在片內(nèi)集成了VINP0視頻接口、EMIF接口、多通道EDMA、EMAC控制器和I2C總線等功能模塊用于連接各種外設(shè).DM8148的CE0空間通過(guò)EMIF接口外擴(kuò)了4片總?cè)萘繛?Gb的32位DDR3存儲(chǔ)器接口，其數(shù)據(jù)速度為1.6Hz.DaVinci系列處理器提供了比較大的字節(jié)尋址空間，片選DDR3 CS0的尋址地址是0X80000000-0XBFFFFFFF，片選DDR3 CS1的尋址地址是0XC0000000-0XFFFFFFFF.DDR3的刷新頻率由其控制器設(shè)置；在GPMC的CS0空間外擴(kuò)了1片256 MB的Flash存儲(chǔ)芯片MT29F2G16ABAEAWP作為程序存儲(chǔ)器，總線寬度為16 bit，空間映射地址是0X00000000.當(dāng)選擇板卡進(jìn)行上電操作或者復(fù)位時(shí)，板卡會(huì)從Nand Flash上加載默認(rèn)的程序代碼.若想用SD卡啟動(dòng)(MMC→SPI→UART→EMAC)，只須調(diào)整相應(yīng)的撥碼開(kāi)關(guān).

2.3 CMOS圖像傳感器模塊

由于近紅外成像過(guò)程中很可能導(dǎo)致色彩信息的丟失，在對(duì)濃度場(chǎng)圖像信息完整性要求較高的情況并不具備突出優(yōu)勢(shì)，而現(xiàn)有的大尺度粒子圖像測(cè)速儀在圖像處理算法上也僅僅利用了圖像的灰度信息，因而直接采用單色圖像傳感器并獲取RAW圖像數(shù)據(jù)，可以避免圖像轉(zhuǎn)換過(guò)程帶來(lái)的細(xì)節(jié)損失和冗余計(jì)算.在前端直接獲取數(shù)字圖像不僅在參數(shù)設(shè)置上具有更高的靈活性，而且可減少模擬視頻信號(hào)的重采樣次數(shù)并消除傳輸過(guò)程中噪聲引起的降質(zhì).DM8148通過(guò)I2C接口(SDA及SCL)設(shè)置MT9P031的內(nèi)部寄存器，實(shí)現(xiàn)圖像大小、位置、曝光時(shí)間及亮度增益等的調(diào)節(jié).CPLD向CMOS傳感器提供48 MHz的主時(shí)鐘(CLKIN)，并通過(guò)內(nèi)嵌的可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器完成單幀捕獲模式下觸發(fā)信號(hào)(TRIGGER及STROBE)的時(shí)序控制.在SEED-DVS8148中通過(guò)接口J28將Camera Sensor SEED-SENSOR_MT9P031接入到板卡中，SEED-SENSOR_MT9P031為12位，500萬(wàn)像素的CMOS圖像傳感器.VP1CLK0和VP1CTL0引腳分別作為像素時(shí)鐘信號(hào)(PIXCLK)和行同步信號(hào)(LINE_VALID)的輸入端.

2.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)CMOS相機(jī)上完成圖像預(yù)處理，僅上傳射流濃度場(chǎng)序列的首幀圖像和時(shí)間平均流場(chǎng)信息.Code Composer Studio是一種針對(duì)TMS320系列DSP的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，5.5.0版本是對(duì)采用Eclipse開(kāi)源軟件框架的IDE的重要升級(jí)，其圖形接口界面提供有環(huán)境配置和程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具.

檢測(cè)過(guò)程開(kāi)始后，首先對(duì)CMOS傳感器進(jìn)行初始化設(shè)置，將MT9P031配置為連續(xù)捕獲模式.EDMA可由FIFO達(dá)到溢出狀態(tài)時(shí)予以觸發(fā).DM8148外擴(kuò)一個(gè)SDRAM，可將EDMA通道傳送的數(shù)據(jù)保存.以太網(wǎng)模塊在DM8148片外擴(kuò)展了物理層芯片AR8031-AL1A及網(wǎng)絡(luò)傳輸變壓器和RJ45接口作為物理層接口，提供一條以太網(wǎng)接入通道.其內(nèi)部集成的EMAC接口用以控制物理層芯片與DSP內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)交換.TI公司結(jié)合其C6000系列芯片推出的TCP/IP NDK開(kāi)發(fā)包和WinSocket API函數(shù)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信模塊用來(lái)解決濃度場(chǎng)圖像及相關(guān)流場(chǎng)數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù).

DSP通過(guò)IEEE802.4以太網(wǎng)協(xié)議和上位機(jī)通信，傳輸射流試驗(yàn)過(guò)程中所有的流場(chǎng)數(shù)據(jù).傳輸帶寬可達(dá)1000 Mb，在無(wú)中繼的情況下，可達(dá)到百米以上，拓展了系統(tǒng)在野外自然河流條件下實(shí)測(cè)的可行性.

3 實(shí)驗(yàn)處理與分析

3.1 濃度場(chǎng)圖像處理

由CMOS工業(yè)相機(jī)1 s內(nèi)完成25幀圖像序列，圖像分辨率為1 280×1 024.整個(gè)射流試驗(yàn)過(guò)程持續(xù)時(shí)間在10 s以?xún)?nèi).由于某些不可避免的因素如光照、噪聲、設(shè)備等影響會(huì)使圖像產(chǎn)生一些散斑噪點(diǎn)污染.首先對(duì)所得濃度場(chǎng)的瞬時(shí)擴(kuò)散圖像，修改TI提供的濾波算法，采用同態(tài)濾波算法對(duì)讀入圖像進(jìn)行處理以提高圖像的對(duì)比度，改善圖像的質(zhì)量，然后調(diào)用中值濾波算法降低實(shí)驗(yàn)所得圖像的噪聲，平滑圖像.該方法可以較好地保護(hù)圖像邊緣，有效減少圖像特征信息的丟失.它是以圖像中某點(diǎn)像素為中心的一個(gè)二維矩陣窗口，對(duì)窗口內(nèi)的像素點(diǎn)用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，從而進(jìn)行新的像素灰度排列，最后取中間的一個(gè)值作為目標(biāo)像素的新灰度值.調(diào)用Ti IMGLIB庫(kù)中用于中值濾波算法的IMG_median_3x3函數(shù)直接進(jìn)行處理，可達(dá)到速度快、效果好的結(jié)果.

為消除實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水槽底部不銹鋼支架的虛影對(duì)濃度場(chǎng)圖像的干擾，首先進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理.示蹤物質(zhì)羅丹明B溶于水后為紫紅色，為提取示蹤物質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)域.首先進(jìn)行顏色空間模型轉(zhuǎn)換.首先利用Matlab比較多幅由RGB空間轉(zhuǎn)換為HSV和YCbCr彩色空間的射流濃度場(chǎng)圖像，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr彩色空間提取的輪廓與原圖吻合度更高.調(diào)用Ti的圖像格式轉(zhuǎn)換函數(shù)IMG_YCbCr422p_RGB565()并提取Cr分量即仿真出紫紅色液體的擴(kuò)散輪廓進(jìn)行K均值聚類(lèi)分割，提取二值化后的擴(kuò)散輪廓.最后將之前經(jīng)過(guò)濾波和形態(tài)學(xué)處理后的圖像填充到該輪廓中，并再次對(duì)提取的紫紅色液體區(qū)域進(jìn)行二次中值濾波消噪.該圖像處理過(guò)程可見(jiàn)下圖8.

圖8 圖像處理流程框圖Figure 8 Block diagram of image processing

3.2 Matlab與CCS間圖像格式轉(zhuǎn)換與通信

Matlab可將保存在PC本地的圖像通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換變?yōu)闈M(mǎn)足CCS數(shù)據(jù)格式的.dat文件，通過(guò)仿真器連接PC后存放至板卡DDR3下.DSP可以通過(guò)這種方式獲取待處理的圖像信息并且可以把經(jīng)CCS處理后的圖像重新提取到PC上，實(shí)現(xiàn)循環(huán)處理.如需要對(duì)DSP處理后的圖像進(jìn)行提取和進(jìn)一步分析，可通過(guò)CCS的Save功能將圖像保存為.dat文件，再次循環(huán)以上步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換處理即可.

3.3 流場(chǎng)濃度圖像可視化

經(jīng)過(guò)以上算法處理，采集到的示蹤劑射流濃度場(chǎng)圖像已轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行等濃度線繪制的灰度圖，并可以在顯示器上實(shí)現(xiàn)可視化(圖9).圖10是射流實(shí)驗(yàn)中經(jīng)圖像處理后相鄰兩幀圖像的濃度等值線圖，從中可看出濃度曲線比較平滑，不同坐標(biāo)的擴(kuò)散濃度清晰易讀.在CCS5.5.0環(huán)境下可將編寫(xiě)好的圖像算法通過(guò)仿真器SEED-XDS560PLUS燒寫(xiě)并固化到板卡中，達(dá)到無(wú)接觸獲取瞬時(shí)射流濃度場(chǎng)信息的目的.

圖9 CCS5.5.0處理后的射流濃度場(chǎng)圖像Figure 9 Graph of jet flow after processing under ccs5.5.0

圖10 射流實(shí)驗(yàn)中相鄰兩幀圖像的等濃度線圖Figure 10 Concentration isoline image of two adjacent frames in the jet flow experiment

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明依托自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的以DM8148為圖像處理核心的射流濃度場(chǎng)擴(kuò)散試驗(yàn)裝置，可以較高效地完成恒定流動(dòng)條件下射流濃度場(chǎng)及其射流軌跡的采集和顯示，實(shí)現(xiàn)示蹤物質(zhì)濃度場(chǎng)分布可視化，較好地反映羅丹明B在水中輸移擴(kuò)散的基本特性，為以后分析射流濃度場(chǎng)擴(kuò)散特性的研究工作打下基礎(chǔ).同時(shí)，自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)裝置相較激光誘導(dǎo)熒光等無(wú)接觸式射流濃度場(chǎng)，具有價(jià)格低廉及可推廣性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì).

本文構(gòu)建的射流濃度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)為探索示蹤劑的擴(kuò)散規(guī)律提供了有效的測(cè)量手段，但關(guān)于圖像處理算法的分析有待進(jìn)一步優(yōu)化研究，以提高穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性.同時(shí)系統(tǒng)還為進(jìn)一步研究特定條件下射流示蹤劑濃度場(chǎng)擴(kuò)散模型提供了新的有效方法.

[1] 王曉莉.水體中污染物濃度場(chǎng)的水槽實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬[D].上海：上海海洋大學(xué)，2014 WANG Xiaoli. Flume experiment and numerical simulation of pollutant concentration field in water body[D]. Shanghai.Shanghai Ocean University,2014.

[2] 武周虎.傾斜岸坡角形域頂點(diǎn)排污濃度分布的理論分析[J].水利學(xué)報(bào),2010,41(8):997-1002. WU Zhouhu. Theoretical analysis of the concentration distribution of the vertexes of slope angle of sewage[J]. Journal of Hydraulic Engineering,2010,41(8):997-1002.

[3] 武周虎,徐美娥,武桂芝.傾斜岸坡角形域頂點(diǎn)排污濃度分布規(guī)律探討[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2012,31(6):160-165. WU Zhouhu, XU Meie, WU Guizhi. Slope angle field emission concentration distribution of vertex[J]. Journal of Hydroelectric Engineering,2012,31(6):160-165.

[4] 周豐,梁書(shū)秀,孫昭晨.動(dòng)水環(huán)境中射流噴角對(duì)射流特性影響數(shù)值模擬[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,47(4):583-588. ZHOU Feng, LIANG Shuxiu, SUN Zhaochen. Numerical simulation of the influence of the jet angle on the characteristics of the jet in the dynamic water environment[J]. Journal of Dalian University of Technology,2007,47(4):583-588.

[5] SUBRAMANYA K, POREY P D. Trajectory of a turbulent cross jet[J]. Journal of Hydraulic Research,1984,22(5):343-354.

[6] 沈惠沖,刁永發(fā).剪切射流在受限空間卷吸特性研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2013(1):63-66. SHEN Huichong, DIAO Yongfa. Study on the entrainment features of shear jet in confined space[J]. Journal of Safety and Environment,2013(1):63-66.

[7] LAW A W K, WANG H. Measurement of mixing processes with combined digital particle image velocimetry and planar laser induced fluorescence[J]. Experimental Thermal and Fluid Science,2000,22(3):213-229.

[8] TIAN X, ROBERTS P J W. A 3D LIF system for turbulent buoyant jet flows[J]. Experiments in Fluids,2003,35(6):636-647.

[9] LIM T T, New T H, LUO S C. On the development of large-scale structures of a jet normal to a cross flow[J]. Physics of Fluids,2001,13(3):770-775.

[10] 許聯(lián)鋒,陳剛,李建中,等.粒子圖像測(cè)速技術(shù)研究進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展,2003,33(4):533-540. XU Lianfeng, CHEN Gang, LI Jianzhong, et al. Research progress of particle image velocimetry[J]. Mechanics Progress,2003,33(4):533-540.

Research on pollutant diffusion testing image processing systems based on DM8148

YING Chengxi, DING Tao, ZHANG Ruifen

(Key Laboratory of Furniture Inspection Technology of Zhejiang Province, College of Quality and Safety Engineering,China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

This paper presented a fast image processing technology testing jet concentration diffusion areas. We designed an experimental platform to observe and analyze jet concentration diffusion so as to imitate pollutant diffusion in water. The experimental platform took DM8148 as core image processing and CCS5.5.0 and Matlab as software development platforms. A series of instantaneous images were taken by a CMOS camera during the distribution experiment. Next, the area of tracer diffusion was extracted. The isoline map was established and the visualization of the tracer concentration gradient was realized. The results indicate that the system can be used for pollutants’ law of diffusion, water environmental quality assessment and tracer concentration diffusion investigation.

concentration field of jet flow; image processing technology; DM8148; isoconcentration map; diffusion experiment

2096-2835(2016)04-0411-07

10.3969/j.issn.2096-2835.2016.04.010

2016-07-11 《中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)報(bào)》網(wǎng)址：zgjl.cbpt.cnki.net

浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.LY13E090005).

TP67

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