基于光特性的水下气泡探测技术研究

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1、硕士学位论文题目:基于光特性的水下气泡探测技术研究研究生蔡真专业机械电子工程指导教师秦华伟教授完成日期2014年12月万方数据杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：

2、研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文基于光特性的水下气泡探测技术研究研究生：蔡真指导教师：秦华伟教授2014年12月万方数据DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfor

3、theDegreeofMasterStudyonunderwaterbubbledetectionbasedonopticalpropertiesCandidate:CaizhenSupervisor:Prof.QinhuaweiDecember，2014万方数据杭州电子科技大学硕士论文摘要海底热液及冷泉已成为国际研究的热点问题，为地质学、地球化学和生物学的研究提供了全新的视野，同时也对解决全球能源危机提供了新的可能，目前对热液冷泉的探测引起了越来越多人的关注。为改善现有探测方法效率低下、精度不高的缺点，本文拟提出一种气泡探测技术：首先通过实验方法来模拟气泡的产生，随后对气

4、泡成像及后续散射光进行采集分析并获取其相关信息，以此来达到探测目的。此外，该技术的研究还对船舰尾流探测，海底管道泄漏、设备气密检测等方面工作具有积极意义。论文首先研究了水中单个气泡的光散射特性，通过Mie散射理论对其效率因子、光强分布特性及相位函数进行计算，建立了在不同吸收系数下单个气泡的光散射模型。其次搭建气泡探测实验平台，利用激光作为光源，将光电探测器和相机作为接收装置分别对气泡的后向散射光及图像进行采集。根据气泡模型计算结果确定接收装置所放置的角度范围，并通过初步实验确定其最佳采集角度。为了减少水箱玻璃反射对成像结果的影响，本文设计了利用双反射镜改变入射光路的实验方案

5、来完成实验过程，并获取了良好的效果。在获得实验数据后，根据所获得的信息不同，分别对气泡图像进行静态及动态分析。在图像静态分析中，通过对比不同算法，最终选择2阶巴特沃斯低通滤波及灰度直方图峰谷法对图像进行去噪、分割及二值化操作。之后通过基于像素点的8连通法对气泡进行标记，求出其质心位置、面积、标量直径等几何参数。在动态图像的分析中，本文分别从图像处理及散射光探测两方面进行测量。在图像处理中提出了一种基于气泡关联值及其位移量相结合的改进算法对气泡进行匹配追踪，通过实验验证发现，该算法对气泡具有较好的匹配能力，同时具有简单方便、效率较高的特点。另外实验中还采用中心带孔的反射镜及光

6、电探测器对气泡的后向散射光进行探测，并通过快速傅里叶变换后获得了气泡的平均运动信息。实验结果表明，本实验系统能较好的完成气泡探测任务，同时可对稀疏状态下气泡的几何信息及其运动速度进行准确的获取，对完成实际水下气泡探测具有一定意义。关键字：气泡探测，图像处理，气泡速度测量，关联值I万方数据杭州电子科技大学硕士论文AbstractHydrothermalandcoldseepshavebecomeoneofthehotspotsinoceanologywhichopensupanewdirectioningeological,geochemicalandgeo-biologic

7、alresearch.Itprovidespotentialsolutionsforglobalenergycrisisaswellasgreenhousegasenvironmentalcontaminations.Detectionofhydrothermalandcoldseepshasbeenconventionallyundertakenbyinefficientcloserangechemicalsensingmethod.Thisresearchproposesalongrangedetectiono