一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法及系统

技术领域

本发明涉及喷嘴测试技术领域，尤其是涉及一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法及系统。

背景技术

喷嘴是飞机喷气发动机的组成部分，用于喷出高速气流以产生推力，通过可调节的喷嘴，可以改变其喷气方向以控制飞机的姿态、速度和方向，并且对于保持飞机的平衡和稳定性也至关重要。

喷嘴喷雾角度测试是喷嘴测试中的重要测试项目，喷嘴喷雾角度的准确性对于发动机的性能、燃烧效率和排放控制至关重要，不正确的喷雾角度可能导致燃烧不均匀、高温区域、污染物生成和降低发动机寿命，目前飞机发动机燃油喷嘴角度的测量方法通常是通过移动测试探针至喷雾处，测量探针之间的距离从而计算喷雾角度，测试探针的移动位置以及距离的测量都可能存在误差，导致对喷嘴角度测量不准确，如何提高测量喷嘴喷雾的角度的准确性是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了提高测量喷嘴角度的准确性，本申请提供了一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法及系统。

第一方面，本申请提供的一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法，采用如下的技术方案：

一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法，包括：

获取待测量喷嘴的喷雾图像；

获取喷雾图像中的喷嘴坐标；

从喷雾图像中筛选出待检测区域；

对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域；

根据喷嘴坐标以及边缘区域，得到喷嘴喷雾的角度信息。

通过采用上述技术方案，对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，通过对喷雾图像中待测量喷嘴产生的喷雾区域的边缘进行提取，得到边缘区域，由于喷嘴的喷雾通常是以喷嘴坐标为中心的锥形区域，通过边缘区域的趋势并结合喷嘴坐标边缘以便确定出锥形区域，通过视觉识别的方法有助提高获取喷嘴喷雾的角度信息的准确性。

可选的，所述对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域，具体包括：

对喷雾图像进行梯度计算，得到喷雾图像中每个像素格的梯度幅度；

根据梯度幅度，搜索喷雾图像中的局部极大值，得到极大值像素格；

根据极大值像素格对喷雾图像进行二值化处理以及去噪处理，得到二值化图像；

对二值化图像进行连通处理，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域。

通过采用上述技术方案，通过计算喷雾图像中每个像素格的梯度幅度，以便得到喷雾图像中每个像素点的灰度级的变化程度，在通过搜索局部极大值的方式选出边缘处的极大值像素格，并对极大值像素格进行二值化处理和去噪处理，得到便于分辨的二值化图像，再对二值化图像进行连通处理，以平滑二值化图像的边缘，从而实现了待测量喷嘴喷雾的边缘区域的识别。

可选的，所述根据喷嘴坐标以及边缘区域，得到喷嘴喷雾的角度信息，具体包括：

基于喷嘴坐标，对标准回归方程进行修改，得到优化回归方程；

将边缘区域中的每一个像素格中心作为一个有效点；

基于优化回归方程，对同一边缘区域的所有有效点进行线性回归运算，得到对应边缘区域的回归直线；

根据回归直线的斜率，得到喷嘴喷雾的角度信息。

通过采用上述技术方案，由于喷嘴所产生的喷雾是以喷嘴坐标为起点的，所以边缘区域一定会过喷嘴坐标，对标准回归方程进行改进，以使得改进后的优化回归方程经过喷嘴坐标，将边缘区域中的每一个像素格的中心作为有效点，并基于优化回归方程对所有有效点进行线性回归运算，由于得到的回归直线一定是过喷嘴坐标的，所以通过回归直线的斜率即能够得到喷嘴喷雾的角度信息。

可选的，还包括，对角度信息的校验步骤，所述校验步骤具体包括：

获取每个所述回归直线的标准估计误差值；

根据标准估计误差值，估算角度信息的准确度。

通过采用上述技术方案，利用标准估计误差值以便得到各个有效点与回归直线的拟合程度，拟合程度越大说明该有效点准确性高，从而便于根据标准估计误差值分析出最终角度信息的准确度。

可选的，所述从喷雾图像中筛选出待检测区域，具体包括：

获取待检测喷嘴的标准喷雾角度；

根据喷嘴坐标和标准喷雾角度，得到喷雾图像的待检测区域。

通过采用上述技术方案，基于标准喷嘴角度和喷嘴坐标得到的待检测区域是待检测喷嘴所产生喷雾的可能范围，仅对待检测区域进行检测，大大减小了数据的处理量。

可选的，所述根据梯度幅度，搜索喷雾图像中的局部极大值，得到极大值像素格，具体包括：

预先设定梯度幅度阈值；

根据梯度幅度，搜索喷雾图像中的局部极大值，并基于梯度幅度阈值对局部极大值进行筛选，得到极大值像素格。

通过采用上述技术方案，通过梯度幅度阈值的设置以便筛选出梯度幅度所表征的灰度变化大的像素格为极大值像素格，从而减小了极大值像素格误判的可能性。

可选的，所述根据梯度幅度，搜索喷雾图像中的局部极大值，得到极大值像素格之后，还包括：

若极大值像素格的个数小于预设个数，则判定边缘区域识别失败，并终止对应待测量喷嘴的角度测量。

通过采用上述技术方案，若极大值像素格的个数小于预设个数则说明待检测区域中没有检测到足够多的过程喷雾边缘的极大值像素格，即边缘区域识别失败，后无法对待测量喷嘴的角度进行测试，此时立即终止对待测量喷嘴的角度测试，不执行后续操作，以节约程序运行时间。

第二方面，本申请提供一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量系统，采用如下技术方案：

一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量系统，包括：

图像获取模块，用于获取待测量喷嘴的喷雾图像；

喷嘴位置获取模块，用于获取喷雾图像中的喷嘴坐标；

区域获取模块，用于从喷雾图像中筛选出待检测区域；

边缘区域识别模块，用于对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域；

角度信息识别模块，用于根据喷嘴坐标以及边缘区域，得到喷嘴喷雾的角度信息。

第三方面，本申请提供一种计算机设备，采用如下技术方案：

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行如上述任一种方法的计算机程序。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，包括存储有能够被处理器加载并执行如上述任一方法中的计算机程序。

附图说明

图1是本申请其中一实施例喷嘴角度测量设备的示意图。

图2是本申请其中一实施例喷嘴喷雾角度测量方法的流程图。

图3是本申请其中一实施例检测边缘区域的方法流程图。

图4是本申请其中一实施例测量角度信息的方法流程图。

图5是本申请其中一实施例喷嘴喷雾角度测量系统的框图。

附图标记说明：1、测试室；2、喷嘴安装座；3、相机。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法。参照图1、2，一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法，应用于喷嘴角度测量设备，喷嘴角度测量设备包括测试室、相机以及喷嘴安装座，相机位于测试室的一侧，方法包括：

步骤S101：获取待测量喷嘴的喷雾图像。

其中，喷雾图像可以由相机等图像采集设备进行采集。并且，由于喷雾成圆锥形，从不同方向拍摄得到的结果均一致，所以相机可以设置在测试室的任意一侧，也可以在测试室的不同方向设置多个相机，以便获取多个角度的喷雾图像。

步骤S102：获取喷雾图像中的喷嘴坐标。

应当理解，由于喷嘴的安装位置固定，所以喷嘴坐标也应当一致。例如，可以以喷嘴坐标为坐标原点。

步骤S103：从喷雾图像中筛选出待检测区域。

应当理解，对喷嘴喷雾角度测量的主要目的是对喷嘴进行质检，以判断喷嘴喷雾角度是否合格，所以对于每个喷嘴喷雾的范围都对固定，以此筛选出待检测区域，有助于减小数据处理量。

步骤S104：对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域；

步骤S105：根据喷嘴坐标以及边缘区域，得到喷嘴喷雾的角度信息。

上述实施方式中，对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，通过对喷雾图像中待测量喷嘴产生的喷雾区域的边缘进行提取，得到边缘区域，由于喷嘴的喷雾通常是以喷嘴坐标为中心的锥形区域，通过边缘区域的趋势并结合喷嘴坐标边缘以便确定出锥形区域，从而以便得到喷雾喷雾的角度信息。

作为步骤S103的一种实施方式，步骤S103具体包括：

获取待检测喷嘴的标准喷雾角度；根据喷嘴坐标和标准喷雾角度，得到喷雾图像的待检测区域。

作为一种可能的实现方式，以喷嘴坐标为原点，建立极坐标系，若标准喷雾角度为90度，则喷雾图像的待检测区域可以是极坐标系中4/π到-4/π的区域。

上述实施方式中，基于标准喷嘴角度和喷嘴坐标得到的待检测区域是待检测喷嘴所产生喷雾的可能范围，仅对待检测区域进行检测，大大减小了数据的处理量。

作为步骤S104的一种实施方式，步骤S104具体包括：

步骤S1041：对喷雾图像进行梯度计算，得到喷雾图像中每个像素格的梯度幅度。

具体地，梯度计算的方式可以采用索贝尔算子的方式对喷雾图像进行处理，以计算图像中每个像素点的梯度幅度，索贝尔算子分别使用水平和垂直方向的卷积核来测量像素格灰度值的变化，并以梯度幅度来表示灰度值的变化率。

更进一步的，可以使用以下公式来计算梯度幅度：梯度幅度=sqrt((水平方向梯度)

步骤S1042：根据梯度幅度，搜索喷雾图像中的局部极大值，得到极大值像素格；

具体地，局部极大值检测会基于像素周围的邻域，如果某个像素格的梯度幅度超过其邻域内的所有像素格的梯度幅度，该就被认为是局部极大值。并且在搜索局部极大值时，还可以设置不同的窗口大小、形状，窗口越大，检测到的边缘越粗，窗口越小，则检测到的边缘越细，可以根据实际情况进行设置。

步骤S1043：根据极大值像素格对喷雾图像进行二值化处理以及去噪处理，得到二值化图像；

其中，去噪处理可以是形态学操作中膨胀和腐蚀，腐蚀可以消除小的白色噪声，而膨胀可以填充小的黑色空洞，有助于取出孤立的极大值像素格，并且时相连的极大值像素格更加平滑。

步骤S1044：对二值化图像进行连通处理，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域。

其中，连通处理是指将二值化图像中的连通像素格提取出来，并对连通像素格进行分析，通过筛选掉面积太小的连通像素格，以去除小的噪声区域，从而将噪声区域去除而保留下连通面积较大的边缘区域。

上述实施方式中，通过计算喷雾图像中每个像素格的梯度幅度，以便得到喷雾图像中每个像素点的灰度级的变化程度，在通过搜索局部极大值的方式选出边缘处的极大值像素格，并对极大值像素格进行二值化处理和去噪处理，得到便于分辨的二值化图像，再对二值化图像进行连通处理，以平滑二值化图像的边缘，从而实现了待测量喷嘴喷雾的边缘区域的识别。

作为步骤S1042的一种实施方式，步骤S1042具体包括：

预先设定梯度幅度阈值；根据梯度幅度，搜索喷雾图像中的局部极大值，并基于梯度幅度阈值对局部极大值进行筛选，得到极大值像素格。

上述实施方式中，通过梯度幅度阈值的设置以便筛选出梯度幅度所表征的灰度变化大的像素格为极大值像素格，从而减小了极大值像素格误判的可能性。

作为步骤S105的一种实施方式，步骤S105具体包括：

步骤S1051：基于喷嘴坐标，对标准回归方程进行修改，得到优化回归方程。

具体地，标准回归方程可以表示为：Y=aX+b，其中，Y是因变量，X是自变量，a是回归系数（斜率），b是截距。将喷嘴坐标作为标准回归方程的强制通过点(X0,Y0)，再将强制通过点(X0,Y0)代入标准回归方程中，然后计算a和b的值或关系式，再将a和b的值或关系式带入标准回归方程即能够得到优化回归方程。

作为示例，例如，设置喷嘴坐标为原点（0,0），带入标准回归方程得到b=0，此时优化回归方程为Y=aX。

步骤S1052：将边缘区域中的每一个像素格中心作为一个有效点；

步骤S1053：基于优化回归方程，对同一边缘区域的所有有效点进行线性回归运算，得到对应边缘区域的回归直线。

其中，以喷嘴坐标的纵坐标所在的垂线为分界线，同一边缘区域是指位于分界线同一侧的区域，即分界线两侧分别为两个边缘区域，在做线性回归运算时，分别对同一边缘区域的有效点进行运算。

应当理解，对有效点进行线性回归运算即对所有的有效点进行线性拟合，线性回归运算得到的回归直线即最能够反应所有有效点分布趋势的回归直线，且基于优化回归方程得到的回归直线必然经过喷嘴坐标。

步骤S1054：根据回归直线的斜率，得到喷嘴喷雾的角度信息。

上述实施方式中，由于喷嘴所产生的喷雾是以喷嘴坐标为起点的，所以边缘区域一定会过喷嘴坐标，对标准回归方程进行改进，以使得改进后的优化回归方程经过喷嘴坐标，将边缘区域中的每一个像素格的中心作为有效点，并基于优化回归方程对所有有效点进行线性回归运算，由于得到的回归直线一定是过喷嘴坐标的，所以通过回归直线的斜率即能够得到喷嘴喷雾的角度信息。

作为喷嘴喷雾角度测量方法的进一步实施方式，喷嘴喷雾角度测量方法还包括，对角度信息的校验步骤，校验步骤具体包括：

获取每个所述回归直线的标准估计误差值；根据标准估计误差值，估算角度信息的准确度。

应当理解，标准估计误差值是说明实际值与其估计值之间相对偏离程度的指标，在本实施例中，标准估计误差值用于衡量回归直线对边缘区域所有有效点的代表程度，标准估计误差值越小，回归直线的拟合程度越好，即越能代表边缘区域所有有效点，此时该回归直线的准确度也就越高。

更进一步地，若标准估计误差值大于预设值，则说明喷嘴的边缘区域不是规则直线，即使喷嘴的角度信息合格，但是喷嘴喷雾形状并不是规则的圆锥形，此时判定对应喷嘴存在喷雾不均匀的提示，以便工作人员基于提示对喷嘴作出调整。

上述实施时方式中，利用标准估计误差值以便得到各个有效点与回归直线的拟合程度，拟合程度越大说明该有效点准确性高，从而便于根据标准估计误差值分析出最终角度信息的准确度。

作为喷嘴喷雾角度测量方法的进一步实施方式，在步骤S1042之后，还包括：

若极大值像素格的个数小于预设个数，则判定边缘区域识别失败，并终止对应待测量喷嘴的角度测量。

上述实施方式中，若极大值像素格的个数小于预设个数则说明待检测区域中没有检测到足够多的过程喷雾边缘的极大值像素格，即边缘区域识别失败，后无法对待测量喷嘴的角度进行测试，此时立即终止对待测量喷嘴的角度测试，不执行后续操作，以节约程序运行时间。

此外，本申请实施例公开一种喷嘴喷雾角度测量系统。喷嘴喷雾角度测量系统可以应用于计算机设备，是本发明实施例提供的用于实现上述方法的计算机设备的架构示意图。本实施例中，所述计算机设备可以包括喷嘴喷雾角度测量系统、机器可读存储介质和处理器。

本实施例中，机器可读存储介质与处理器可以位于计算机设备中且二者分离设置。机器可读存储介质也可以是独立于计算机设备并由处理器访问。喷嘴喷雾角度测量系统可以包括存储在机器可读存储介质的多个功能模块，例如所述喷嘴喷雾角度测量系统包括的各软件功能模块。当处理器执行喷嘴喷雾角度测量系统中的软件功能模块所对应的计算机程序时，以实现前述方法实施例提供的喷嘴喷雾角度测量系统。

本实施例中，所述计算机设备可以包括一个或多个处理器。处理器可以处理与服务请求相关的信息和/或数据以执行本发明中描述的一个或多个功能。在一些实施例中，处理器可以包括一个或多个处理引擎(例如，单核处理器或多核处理器)。仅仅举个例子，处理器可以包括一个或多个硬件处理器，例如中央处理器CPU、特定应用集成电路ASIC、专用指令集处理器ASIP、图形处理器GPU、物理运算处理单元PPU、数字信号处理器DSP、现场可以程序门阵列FPGA、可以程序逻辑装置PLD、控制器、微控制器单元、精简指令集计算机RISC、微处理器等中的一种，或类似或其任意组合。

机器可读存储介质可以存储数据和/或指令。在一些实施例中，机器可读存储介质可以存储获得的数据或资料。在一些实施例中，机器可读存储介质可以存储供所述计算机设备执行或使用的数据和/或指令，所述计算机设备可以通过执行或使用所述数据和/或指令以实现本申请描述的示例性方法。在一些实施例中，机器可读存储介质可以包括大容量存储器、可以移动存储器、挥发性读写内存、只读存储器ROM等或类似或上述举例的任意组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态磁盘等。示例性的可以移动存储器可以包括快闪驱动器、软盘、光盘、存储卡、压缩磁盘、磁带等。示例性的挥发性读写内存可以包括随机存取内存RAM。示例性的随机存取内存可以包括动态RAM、双倍速率同步动态RAM、静态RAM、晶闸管RAM和零电容RAM等。示例性的ROM可以包括掩蔽型ROM、可编程ROM、可擦除可编程ROM、电子可擦除可编程ROM、压缩磁盘ROM和数字通用磁盘ROM等。

其中，所述计算机设备包括的喷嘴喷雾角度测量系统可以包括一个或多个软件功能模块。所述软件功能模块可以存储在所述机器可读存储介质中的程序、指令，这些软件功能模块在被对应的处理器执行时，用于实现上述的方法，例如在被无人机的处理器执行时，用于实现上述无人机执行的方法步骤，或者在被所述计算机设备执行时，用于实现上述计算机设备执行的方法步骤。

详细地参照图5，本实施例提供的一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量系统可以包括：

图像获取模块，用于获取待测量喷嘴的喷雾图像；

喷嘴位置获取模块，用于获取喷雾图像中的喷嘴坐标；

区域获取模块，用于从喷雾图像中筛选出待检测区域；

边缘区域识别模块，用于对喷雾图像中的待检测区域进行边缘检测，得到待测量喷嘴喷雾的边缘区域；

角度信息识别模块，用于根据喷嘴坐标以及边缘区域，得到喷嘴喷雾的角度信息。

本申请提供的一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量系统能够实现上述一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量方法，且一种基于视觉识别的燃油喷嘴喷雾角度测量系统的具体工作过程可参考上述方法实施例中的对应过程。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明还公开一种计算机可读储存介质，一种计算机可读存储介质，包括存储有能够被处理器加载并执行如上述任一方法中的计算机程序。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。