Page 121 - 2025年第56卷第7期

图 ２ 文丘里空化装置（单位：ｍｍ）

２．２ 可视化系统与图像识别方法 可视化图像采集使用高速相机 ＰｈｏｔｒｏｎＦａｓｔｃａｍ ＳＡ － Ｘ２和 ＭＡＣＲＯ
１００Ｆ２．８Ｄ变焦镜头进行。录制帧速率为 １２５００ＦＰＳ（最大分辨率 １０２４ × １０２４）。使用两种不同照明模
式，通过高速摄像机获得了可视化图像，显示其空腔的生长、发展和脱落过程。在图 ３（ａ）中，背光被
气相阻挡，黑色区域表示腔体区域，白色区域表示液相。相反，图 ３（ｂ）中通过在顶部或底部照明，
光线被折射在气液交界面，导致高空隙率区域的灰度级别较高。可以观察到前?后照明图像显示了腔体
的清晰形态，而顶部照明图像表现出较大的灰度梯度，提供了有关腔体内部结构的形态信息。

图 ３ 可视化布置方式

将相同尺寸的大量图像裁剪到特定的 １０２４ × １９６分辨率尺寸，从而可以将图像表示为元素由（ｉ，ｊ）
表示的矩阵。８位图像矩阵的像素占据 ２５６个灰度级，由 Ａ（ｉ，ｊ，ｎ）表示，其中黑色像素为 ０，白色像
素为 ２５５。每幅图像均以矩阵形式表示，图像序列中第（ｉ，ｊ）个矩阵元素的平均灰度值 φ （ｉ，ｊ）以及第
ｎ帧图像序列中第（ｉ，ｊ）个矩阵元素的灰度标准差 η （ｉ，ｊ） ［１１］ 为：
１ Ｎ １ Ｎ
φ （ｉ，ｊ） ＝ ∑ Ａ（ｉ，ｊ，ｎ）；η （ｉ，ｊ） ＝ ∑ ［Ａ（ｉ，ｊ，ｎ）－φ （ｉ，ｊ）］ ２ （１）
Ｎ ｎ ＝１ 槡
Ｎ－１ ｎ ＝１
式中：Ｎ为帧图像的数量；ｎ为图像中的特定帧序号。
如图 ４所示，已经验证当空化循环周期图像超过
２５００张图像后最大标准差值趋于稳定，因此表明 ３０００
张空化可视化图像能完全满足图像处理的需求。
灰度均值图像可表示均值空腔的含气率分布，并
通过对各像 素 点 进 行 ＲＧＢ转 换，即 黑 色 像 素 ０为 红
色像 素 值， 白 色 像 素 ２５５为 蓝 色 像 素 值。因 而 得 到
ＲＧＢ均值图 像，该 图 像 可 较 为 清 晰 地 体 现 不 同 含 气
率的分布情况。

图 ４ 灰度标准差随帧数的变化
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