matlab波形反白,基于MATLAB的海岸污染物浓度扩散实验分析
海岸污染物图像序列隐含丰富的物质输移扩散的重要特征,通过CCD图片得到所需要的信息具有广泛的应用价值。传统的接触式和单点式测量方法很难全面高效地得到需要的实验结果,而利用CCD等摄像设备进行测量记录,定量地研究物质输移扩散的重要特征,更具有实用性。目前国内通过海岸污染物图像进行分析的研究比较有限并且不够深入,现有研究主要采用一般的计算机编程来处理图像,所用的语言有C、C++、VB等,缺乏现成的图像处理模块,语句一般很长,很容易出现语法错误。孙鹤泉[1]基于图像分析的非接触测量方法在水工模型实验中的应用研究,给出了墨水的初步等浓度线和中心线,但未进一步平滑、修整因环境、设备等因素的影响所带来的灰度突变、相片变形及中心线附带多分枝等。综合考虑上述因素,寻找一种更方便、快捷、可靠的方法来研究海岸污染物图像的特征是非常必要的。本文通过CCD摄像设备对海岸污染物扩散实验过程进行记录,利用MATLAB强大的函数工具箱所提供的内建函数,经图像形态学处理平滑墨水图像轮廓,融合窄小缺口,降低了环境和设备所带来的干扰噪音;用曲面拟和克服了图片灰度突变所造成的等浓度线中含较多毛刺的缺陷,从而得到光滑的等浓度线、浓度中心线和轮廓线,这些实验结果能够反应物质输移扩散的二维分布和输移特性,进而可得到物质输移随时间的浓度分布及其扩散系数,为物质输移扩散进一步分析提供必要数据。1实验布置和方法海岸污染物扩散过程实验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的多功能综合水池进行,该水池长55m,宽34m,最大水深0.7m。实验室波浪由多向不规则波造波机(0.4m70m)产生。实验海岸地形是由坡度分别为1:100和1:40平面斜坡来模拟,坡前水深分别为18cm和45cm。实验中污染物由投放纯蓝墨水来模拟,其运动和扩散过程通过放置在斜坡上方12m处的2个CCD来进行记录测量,实验布置如图1所示。图1实验布置及CCD系统Fig.1Experimentalset-upandsketchmapofCCDsystem其中CCD-1和CCD-2所示矩形区域分别为两个CCD的覆盖范围。摄像每帧照片时间间隔取为0.125s。为了得到清晰的照片,实验中CCD工作环境的光源取为自然光,并对斜坡表面测量区域采用白色水泥制作,形成白色摄像背景。墨水投放方式是用量杯将墨水直接倒入水中,以形成瞬时点源形式的扩散运动。实验中将墨水浓度稀释为20%。2墨水图像处理为了分析CCD墨水图像所包含的浓度和运动趋势信息,本文基于MATLAB对图像进行了处理,具体过程如下:2.1获得关注的墨水图像区域由于CCD得到的墨水图像中墨水处于运动状态,要从中检测出墨水区域,我们采用了背景差法[2]来实现这一点。背景差法是目前运动的图像检测中的常用方法,它是利用含有运动目标的当前图像与背景图像的差来检测运动区域。具体做法是:首先,用事先存储或者实时得到背景图像构造背景图像,将当前含有运动目标的图像帧和背景图像相减:Dk(x,y)=|fk(x,y)-Bk(x,y)|(1)其中:Bk(x,y)和fk(x,y)分别为背景图像灰度值和运动图像对应的灰度值,D(x,y)为二者之差的绝对值,结果如图2中(a)、(b)、(c)所示。由图可见,这样处理后的图像(图2c)墨水部分与环境实现了很好的分离,并被反白显示。2.2墨水图像去躁和增强CCD图像在生成、获取和传输等过程中,受照明光源性能、成像系统性能、通道带宽和噪声等诸多因素的制图2背景差法实验数据与处理结果Fig.2Experimentaldataandresultofbackgroundsu
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