一种非侵入评价气液固多相混合过程图像相似度的方法

技术领域

本发明涉及生物、化工和湿法冶金工程技术领域，特别是涉及一种非侵入评价多相混合过程图像相似度的方法

背景技术

RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。

气液固三相体系是工业生产过程中一种非常普遍的多相流反应或分离体系，在石油、化工、能源和冶金等众多工业过程中都有着广泛的应用。强化搅拌混合是许多工艺技术的关键步骤，在化学反应中，强化搅拌混合是为了加快反应进程，节省反应时间；在物理反应中，强化混合是为了防止固态颗粒沉积，使其在液相中达到悬浮状态，降低混合能耗。掌握多相混合效果的好坏，可以做到对搅拌过程进行精准的控制，节省大量的人力、物力、财力。多相流强化搅拌混合效果的评价一直是多相流领域的研究难点之一。

目前，国内外关于多相流搅拌混合效果的评价，主要从宏观和微观两个角度进行研究。宏观评价方法有测量搅拌功率等，微观评价方法有测定混合过程速度场等。测量搅拌功率对混合效果进行评价不够精确，测量各相速度场又过于复杂。近年来，平面激光诱导荧光(PLIF)测量方法被广泛应用，该方法不仅可以实时显示流场中每个平面位置的混合效果差异，还可以直观清晰地反映混合状态随时间的变化规律。一些学者虽然通过PLIF测量方法研究了搅拌槽内瞬态的示踪剂分布、浓度变化以及宏观混合特性，但是该方法的应用具有很强的局限性。对工质选取要求较高。

基于现有技术存在的问题，亟需一种形象直观且适用范围广的评价多相流混合效果的评价方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种非侵入评价气液固多相混合过程图像相似度的方法，包括以下步骤：

S1.构建气液固多相混合装置，在气液固多相混合装置一侧设置图像采集装置；

S2.通过图像采集装置采集气液固多相混合过程的混合图像，其中，混合图像包括第一混合图像和第二混合图像；

S3.对混合图像进行灰度处理，获得第一混合图像的第一灰度值和第二混合图像的第二灰度值，基于第一灰度值，通过第二灰度值，构建图像相似度评价模型，用于评价第一混合图像和第二混合图像的相似度。

优选地，气液固多相混合过程的混合物为气液固中两相或三相混合物。

优选地，混合物为透明或半透明液体。

优选地，图像采集装置为高速摄像机、视频录制装置或电容层析成像设备。

优选地，图像相似度评价模型的方程表达式为：

其中，S

优选地，图像采集装置为视频录制装置；

通过对视频录制装置录制的视频进行图像分隔，获得混合图像。

优选地，S3还包括，

第一混合图像和第二混合图像为复杂图像；

图像相似度评价模型的方程表达式为：

其中，S

优选地，混合图像为彩色图像；

复杂图像为对彩色图像进行灰度处理过程中出现图像信息会发生损失的混合图像。

优选地，气液固多相混合装置，包括搅拌反应器、搅拌桨、电动机；

搅拌桨与电动机通过搅拌杆连接；

搅拌桨设置在搅拌反应器中；

搅拌桨通过电动机在搅拌反应器中上下往复运动；

搅拌桨的搅拌速度为150转/分钟。

本发明公开了以下技术效果：

本发明的技术方案并与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：本发明解决了目前现有的评价图像相似性的不足之处，提出了气液固中两相或三相混合过程图像相似度的求取方法，本发明方法直观方法且应用性强，涉及化工和湿法冶金等诸多领域，例如，可以用于研究湿法冶金的浸出搅拌过程，也可以用于研究火法冶金的水模型研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的装置结构图；

图2为本发明实施例所述的方法流程图；

其中，1为搅拌反应器，2为搅拌桨，3为电动机，4为图像采集装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明公开了一种非侵入评价气液固多相混合过程图像相似度的方法，包括以下步骤，

S1.构建气液固多相混合装置，在气液固多相混合装置一侧设置图像采集装置；

S2.通过图像采集装置4采集气液固多相混合过程的混合图像，其中，混合图像包括第一混合图像和第二混合图像；

S3.对混合图像进行灰度处理，获得第一混合图像的第一灰度值和第二混合图像的第二灰度值，基于第一灰度值，通过第二灰度值，构建图像相似度评价模型，用于评价第一混合图像和第二混合图像的相似度。

气液固多相混合过程的混合物为气液固中两相或三相混合物。

混合物为透明或半透明液体。

图像采集装置4为高速摄像机、视频录制装置或电容层析成像设备。

图像相似度评价模型的方程表达式为：

其中，S

图像采集装置为视频录制装置；

通过对视频录制装置录制的视频进行图像分隔，获得混合图像。

步骤S3还包括，第一混合图像和第二混合图像为复杂图像；图像相似度评价模型的方程表达式为：

其中，S

混合图像为彩色图像；复杂图像为对彩色图像进行灰度处理过程中出现图像信息会发生损失的混合图像。

气液固多相混合装置，包括搅拌反应器1、搅拌桨2、电动机3；搅拌桨2与电动机3通过搅拌杆连接；搅拌桨2设置在搅拌反应器1中；搅拌桨2通过电动机3在搅拌反应器1中上下往复运动；搅拌桨2的搅拌速度为150转/分钟。

本发明的目的是提供一种评价多相混合过程图像相似度的方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够直观地表示气液固中两相或三相混合过程图像相似度。

第一步：气液固中两相或三相混合物为透明或半透明液体，固体可在液体中溶解或不溶解，所述图像采集装置为高速摄像机、视频录制装置或电容层析成像(ECT)设备。对气液固两相或多相混合过程进行视频录制或高速摄像机拍摄。若录制视频，则需对视频进行图像分割。

第二步：将所要求相似度的两张图像进行灰度处理，并利用公式

第三步：对彩图进行灰度处理过程中，若图像复杂，则图像信息会发生损失，因此在计算灰度图像相似性的基础上，提出了彩色原图计算相似性的方法，得到了彩色图像相似度S

本发明提供了一种非侵入评价气液固多相混合过程图像相似度的方法。该方法采用数字图像处理手段，首先获得气-液-固三相中两相或多相的流体混合图样；若简单图像，则对该混合过程的混合图样进行灰度处理，选择要进行对比的两幅图，求取相似度参数S

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。