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Abstract

As we all know, the engine is the heart of the car, and the atomization quality of the

nozzle fuel droplets is the key to evaluating the quality of the engine. Therefore, it is

imperative to study the degree of fuel atomization of the engine nozzle. Fuel spray quality will

not only affect the six major performances of the car (such as ride comfort, fuel economy,

etc.), but it is even more important for the increasingly serious environmental crisis. Due to

the considerable development in the field of fuel spray research, the advantages of using

MATLAB image processing technology to analyze and process spray photos are obvious.

Some clear pictures was selected from the spray pictures as the program processing

material which obtained by using the direct photography method. After analysis and

comparison of various image processing operations, it was decided to use image processing

techniques such as image graying processing, ideal low-pass filtering, and local threshold

segmentation to perform pre-processing operations on spray pictures.

After the particles in the spray image are added into the established ACCESS database

by using the mothed of divided and merged, then use the particles in the database to make

comprehensive traversal matching statistics on the oil particles in the spray image using image

matching technology. The gray matching method in this paper is a new optimized method

which is produced by merging the traditional SSDA and NCC matching methods. After the

photographs are processed by the particle size measurement system, various characteristic

size parameters of the spray particles (such as the volume integral distribution of droplet) are

obtained. The statistical data of the Malvern method under the same working conditions are

counted for comparison with it. The particle size measurement system is designed in

MATLAB language programming mode in MATLAB / GUI interface.

The two sets of data are compared and analyzed(Malvern data, program processing data)

to verify the practicability and reliability of the program, and the cause of the error is analyzed

based on the fitting results of the two data.

Key words: image preprocessing, ACCESS database, image matching, particle size

measurement system, MATLAB programming, data compared and analyzed

III

第一章绪论 ............................................................................................................................ 1

1.1 引言 .............................................................................................................................. 1

1.2 燃油喷雾简介与国内外研究现状 .............................................................................. 1

1.3 数字图像处理概述 ...................................................................................................... 2

1.4 MATLAB 图像处理在发动机喷雾研究中的应用 ..................................................... 3

1.5 本文的主要研究内容 ................................................................................................. 4

1.5.1 研究目的 ........................................................................................................... 4

1.5.2 研究过程 ........................................................................................................... 4

1.6 本章小结 ...................................................................................................................... 6

第二章液滴尺寸评价参数及燃油喷雾实验 ........................................................................ 7

2.1 喷雾液滴的尺寸分布 .................................................................................................. 7

2.1.1 液滴尺寸分布图解的描述 ................................................................................ 7

2.1.2 经验分布函数 .................................................................................................... 8

2.1.3 液滴直径表述 .................................................................................................... 9

2.2 液滴尺寸测量方法 .................................................................................................... 11

2.2.1 液滴尺寸测量方法的介绍 .............................................................................. 11

2.2.2 喷雾液滴尺寸测量影响因素 .......................................................................... 12

2.3 获取喷雾图像的实验原理介绍 ................................................................................ 12

2.3.1 实验准备阶段 .................................................................................................. 12

2.3.2 实验进行阶段 .................................................................................................. 15

2.4 本章小结 ................................................................................................................... 16

第三章喷雾图像 MATLAB 的前期处理 ............................................................................ 17

3.1 图像的基本运算 ........................................................................................................ 17

3.1.1 图像的灰度变换 .............................................................................................. 17

3.1.2 图像灰度均衡化 .............................................................................................. 18

3.2 图像的数学形态学 ................................................................................................... 19

3.2.1 形态学基本处理方法 ...................................................................................... 19

3.2.2 图像的光照不均处理 ...................................................................................... 21

3.3 图像的增强 ................................................................................................................ 21

3.3.1 灰度变换增强 ................................................................................................. 21

3.3.2 图像的空域滤波增强 ..................................................................................... 22

3.3.3 图像的频域滤波增强 ..................................................................................... 25

3.4 图像分割 ................................................................................................................... 30

3.4.1 边缘检测 ......................................................................................................... 30

3.4.2 局部阈值分割方法 ......................................................................................... 31

3.4.3 直方图阈值分割法 ......................................................................................... 33

3.4.4 最大类间方差法 ............................................................................................ 33

3.4.5 迭代选择阈值法 ............................................................................................. 34

3.5 本章小结 .................................................................................................................... 36

第四章图像匹配方法与优化 .............................................................................................. 37

4.1 图像匹配的目的 ........................................................................................................ 37

4.2 灰度匹配 .................................................................................................................... 37

4.2.1 序贯相似度检测（SSDA） ........................................................................... 37

4.2.2 归一化互相关（NCC） ................................................................................. 38

4.3 特征匹配 .................................................................................................................... 39

4.3.1 尺度不变特征变换（SIFT） ......................................................................... 39

4.3.2 基于边缘的特征匹配 ..................................................................................... 41

4.4 图像匹配质量的相关参数 ........................................................................................ 42

4.4.1 图像匹配影响因素 ......................................................................................... 42

4.4.2 图像匹配衡量标准 ......................................................................................... 42

4.5 本文改进的匹配算法 ............................................................................................... 43

4.5.1 算法的改进 ..................................................................................................... 43

4.5.2 改进算法原理的部分编程代码 ..................................................................... 44

4.5.3 改进算法的检验 ............................................................................................. 46

4.6 本章小结 .................................................................................................................... 48

第五章图形用户界面(GUI)设计与编程实现 ...................................................................... 49

5.1 图形用户界面(GUI)概述 .......................................................................................... 49

5.1.1 GUI 设计原则 ................................................................................................. 49

5.1.2 设计步骤 .......................................................................................................... 49

5.2 图形用户界面（GUI）设计 ..................................................................................... 50

5.3 粒子的测量提取与粒子库的扩充 ............................................................................ 53

5.3.1 液滴尺寸测量方法的确定 .............................................................................. 53

5.3.2 粒子的提取与统计添加 .................................................................................. 54

5.3.3 ACCESS 数据库介绍 ..................................................................................... 57

5.4 本章小结 ................................................................................................................... 58

第六章程序处理结果与马尔文实验结果的对比 ................................................................ 59

6.1 马尔文法简介 ............................................................................................................ 59

6.2 程序实用性验证 ........................................................................................................ 61

6.3 误差分析 .................................................................................................................... 67

6.4 本章小节 .................................................................................................................... 67

结论与展望 .............................................................................................................................. 68

本文工作总结 .................................................................................................................. 68

本文工作展望 .................................................................................................................. 68

参考文献 ............................................................................................................................ 70

攻读学位期间取得的研究成果 .............................................................................................. 72

致谢 .......................................................................................................................................... 73

长安大学硕士学位论文

第一章绪论

1.1 引言

汽车从生产问世以来，一直受到大众的青睐。特别是从汽车生产线的大规模建立之

后，汽车的发展给现代生活带来了无法估量、巨大的影响以及莫大的便利。但是随着汽

车产业的不断扩大，汽车尾气排放对环境所造成的污染是无法估量的。在温室效应愈发

严重的今天，如何减少发动机的尾气排放量成为亟待解决的任务。然而，尾气的减少必

然与发动机的构造、以及发动机喷嘴的质量关联密切。众所周知，发动机内燃油燃烧的

程度将直接导致其有害气体排放的多少，如 CO、HC、NO

等，意味着发动机喷嘴所喷

燃油的雾化效果质量如何。燃油雾化质量对于减少有害气体的排放起着关键的作用，也

对汽车整体的经济性、动力性、以及噪声大小有着显著的影响，所以对发动机喷雾的研

究势在必行。

随着国五发动机逐步退出历史舞台和国六的登场，发动机排放标准的严苛程度不可

同日而语。当对气缸中燃油颗粒的特性参数深入研究后，不仅反过来可以对燃油喷嘴的

质量提出中肯的评价，也能在一定程度上减少各种有害气体的排放，有时甚至还能减少

燃油的消耗，这对于应对日益严重的能源和环境危机很有帮助。

1.2 燃油喷雾简介与国内外研究现状

汽车都是以油料燃烧做为动力，但是油料到达气缸都必然要经过雾化这一过程。研

究喷雾之前，必然首先需要了解喷雾这一概念。喷雾主要是指将液体以一定速度喷于气

体介质之中，受到空气阻力后经过分散、分裂等步骤，成为微粒的过程

[1]

。燃烧混合气

质量主要是指燃油经喷嘴雾化后并与各气缸中供给的空气充分混合后所得到的油气混

合比，油气混合比越高，燃烧质量越好，其对发动机的损害程度也越小。在轿车各部分

的噪声比例中发动机的噪声所占比例最高，高达 48%

[2]

。由此可见，喷雾质量的好坏不

仅对环境、能源等会造成影响，还会对整车的噪声产生潜移默化的影响。

在发动机工作时，油雾中较小的油粒，随着气缸内空气的流动，会蒸发成为燃油蒸

汽。然而较大的油粒则会有不同的表现，究其原因，是因为其质量过重不能跟随气流混

合均匀，其便会附着在气缸壁中形成一层油膜，但其最终的结果也是由于气缸壁的温度

过高而被蒸发。由此可见，喷雾液滴的尺寸大小不能过大也不能过小，否则会影响发动

机中的油气混合比，使汽车出现 “漏油”的现象，这也是变相的浪费燃油。燃油消耗

量最低时无疑其经济性处于最好的状态，即此时的混合气我们称之为经济混合气。

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