Zernike矩在气液两相流流型识别中的应用.pdf

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1、Zernike矩在气液两相流流型识别中的应用周云龙。等ApplicationofZernikeMomentsinFlowRegimeIdentificationofGas·-liquidTwo--phaseFlow周云龙1袁傻支2顾饧场1(东北电力大学能源与机械工程学院1，吉林吉林132012；东北电力大学自动化工程学院2，吉林吉林132012)摘要：根据Zemike矩具有正交性的特点，提出了一种基于Zernike矩和改进BP神经网络的流型识别新方法。该方法利用高速摄影仪获取水平管道内气液两相流的流动图像，并从图像中

2、提取基于Zemike矩的统计描述作为特征向量；同时，以此特征向量作为流型样本对改进BP神经网络进行训练，从而实现了对流动图像的流型智能化识别。结果表明，该方法能很好地识别七种典型流型，且其应用Zemike矩特征的分类精度明显高于用规则矩和Hu矩作为特征的识别方法，从而证明了基于Zemike矩的气液两相流流型识别方法的有效性。关键词：流型识别图像处理Zernike矩正交性统计描述改进BP神经网络中图分类号：0359．1文献标志码：AAbstract：Inaccordancewitll山eo曲090nalfeatureo

3、fZernikemoments，arlcwmetllodofflowregimeidentificationbasedonZemikemomentsandimprovedBPneuralnetworkisproposed．Theflowingimagesofgas-liquidtwo—phaseflowinhorizontalpipelinearecapturedbyadoptinghigh-speedvideocamera；thenthestatisticaldescriptionbasedonZenlikemom

4、entsextractedinimagesareused鹋eigenvectors：andtheeigenveeto碍sireusedfortrainingBPnetwork∞theflowregimesamplestoimplementintelligentidentificationofflowingimages．TheresultshowsthatthismethodCanbeusedtoidentifyseventypicalflowregimes。andwithZemikemoments，theclassi

5、fyingacellr∞yisobviouslyhisherthanthoseoftheidentificationmethodswithrulesmorrmntsorHumoments；thustheeffectivenessoftheidentificationmethodbasedonZemikemomentsisverified．Keywords：FlowresimeidentificationtillageprocessingZernikemomentsOrthogonalityStatisticaldes

6、criptionImprovedBPneuralnetwork0引言流型在两相流的流动和传热特性的研究中是非常关键的。流道中流型的变化往往会引发流阻、流动的稳定性改变，并且导致出现传热危机。因此，在气液两相流动中，流型的研究与确定是首要任务¨。2J。孙斌等利用小波包分解对流型的动态压差波动信号进行分析并提取特征”-，然后将小波包能量特征与BP神经网络相结合进行流型的识别。施丽莲等利用图像处理技术提取气液两相流流动图像中的气泡特征H-，并结合模糊推理方法对流动图像进行流型识别。周云龙等提出了基于数字图像处理和神经网络”

7、“1、支持向量机相结合的多相流流型识别方法，实现了基于流型的智能化辨识。本文提出了一种基于Zernike矩的气液两相流流型识别方法，并利用其提取特征的正交性。证明了该方法的有效性。国家自然科学基金资助项目(编号：50976018)。修改稿收到日期：2009一lO—19。第一作者周云龙．男．1960年生．1991年毕业于西安交通大学热能工程专业，获博士学位，教授；主要从事多相流流动特性方面的研究。《自动化仪表》第3l卷第4期2010年4月1试验装置及试验方法试验是在空气一水两相流系统上完成的，试验系统由流体控制系统和图

8、像采集系统组成，如图1所示。试验段：i：鬈‰trV两相混合器基色荧光灯网佣豫苗簪电磁流量计be书电磁流量计昏洲孔板流量计婶洲孔板流量计图1空气一水两相流试验系统Fig．1Theexperimentalsystemofair-watertwo-phaseflow流体控制系统主要由空压机、两相混合器、水泵、旋风分离器和水箱等部分组成，试验工质采用空