【摘 要】
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揭示水环境中的射流流动现象并对其浓度场进行定量一直是环境水力学中的重要研究内容。本文将实时快速图像处理技术引入到射流浓度场检测领域,结合自主研发的浓度场扩散试验
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揭示水环境中的射流流动现象并对其浓度场进行定量一直是环境水力学中的重要研究内容。本文将实时快速图像处理技术引入到射流浓度场检测领域,结合自主研发的浓度场扩散试验装置,探索开发一套以DM6437为图像处理核心,用于射流浓度场扩散特性研究的检测系统。本文主要研究内容如下:(1)射流浓度场扩散实验装置和检测系统设计。实验水槽装置、射流排液控制装置、图像采集处理装置是射流浓度场实验装置的三个组成部分。实验水槽装置能对从储水箱流入实验水槽的水流流速进行调节控制,射流排液控制装置用来模拟环境射流,通过恒流泵、流量控制阀等装置调节示踪溶液Rhodamine B的射流流速。图像采集装置实现对射流浓度场扩散图像的采集和数模转换。浓度场图像的采集存储、图像算法的处理以及图像处理结果的显示是浓度场检测系统设计的三个方面。图像采集存储是将射流浓度场图像经数模转换后存储至板卡的缓存区。图像算法处理是对射流浓度场图像特征信息进行提取、处理和算法分析。本文以Rhodamine B为示踪溶液模拟水体污染物并开展标定实验,获得图像灰度与对应Rhodamine B溶液浓度之间的关系曲线,以便将图像的光强信息转换成射流示踪溶液的浓度信息。利用射流浓度场扩散实验装置来模拟射流浓度场扩散过程中的动态时空变化,用检测系统来处理捕捉的浓度场图像信息,满足在不接触不破坏射流浓度场基础上完成检测要求。(2)射流浓度场检测系统硬件设计。系统硬件以SEED_DEC6437开发板为硬件平台,以DM6437为图像处理核心,PAL制式摄像机为图像采集输入端,LCD或PC为图像显示端,构建整个射流浓度场检测系统的硬件基础。TVP5150解码芯片将采集的射流浓度场图像进行A/D转换至BT.656码流格式的数字并行信号存放至板卡的内存片区。通过对视频传输及其在内存中的存储格式分析,可以实现对射流浓度场图像信息的采集、存储、提取和传输。(3)射流浓度场检测系统软件设计和开发。系统软件以CCS和Matlab为主要工具。CCS软件端通过对内存片区进行寻址,编写相应的图像处理算法完成对射流浓度场图像的处理,并通过板卡的VGA视频输出端输出实时处理的射流浓度场图像。CCS将处理后的图像保存为.dat格式并由Matlab完成射流浓度场浓度等值线图的绘制,获得射流浓度场时空动态变化的扩散过程。(4)静水和动水条件下射流浓度场扩散实验研究。设计实验工况,对静水和动水条件下射流浓度场进行测量,通过对处理后的数据结果以及对基于DM6437射流浓度场视频图像的分析,验证以Rhodamine B作为示踪剂的射流浓度场扩散检测系统的可行性。通过对实验结果的分析,本文自主设计开发的射流浓度场检测系统可以定量描述和分析射流浓度场的扩散特性,为污染物浓度场扩散规律及其机制的研究提供一种新的思路。
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