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1、图像处理在等离子体物理中的应用摘要Sobel算子、Roberts算子、阈值分割法被应用于托卡马克放电期间弹丸消融图像的分割实验研究。实验研究表明,分水岭分割算法得的图像与原始图像叠加获得了良好的计算结果,为研究等离子体物理中的弹丸消融机制提供了有力数据和证据.关键词：等离子体；弹丸消融；图像分割；边缘检测；分水岭分割；Sobeloperator,Robertsoperator,ThresholdSegmentationareusedtoreserchimagesofpelletablationcloudduringdis
2、charge.TheexpeimentalresearchresultsshowthatWatershedsegmentationAlgorithmforImageThresholdingwasanExcellentmethodtoreserchplasmavisibleimage.Andmoredatawereprovidedinpelletablationexperiment。Abstract：Plasmapellet；ablation；ImageSegmentation；EdgeDetection；Watershe
3、dsegmentation1.引言随着我国经济的飞速发展对于能源需求的加大以及我国加入ITER计划进行开发研究,我国加大力度研究核聚变,在聚变的反应研究中,聚变燃料的补充是核聚变反应研究所面临的一个首要解决的重要问题,近年来在大型托卡马克装置上的实验证明了弹丸注入是解决这一问题的重要手段,但是弹丸在其消融过程中与等离子体相互作用的物理机制非常复杂已成为聚变研究中的重大课题之一。本文采用高速CCD拍摄机并实时记录弹丸加料实验中弹丸消融云的图像数据,通过对弹丸消融云的数字图像进行研究,继而研究弹丸消融过程与等离子体的相互作用
4、的物理机制和提取极向场信息,研究等离子体磁流体稳定性。本文所采用图像分割技术将为弹丸注入实验进行两个方面的研究提供理论依据,一是由弹丸消融速度和轨迹,研究弹丸与等离子体相互作用的物理机制；二是由弹丸消融云的演变,提取弹丸在飞越等离子体过程中的极向场信息,推算托卡马克物理实验中非常重要物理参数等离子体电流分布。研究弹丸跨越有理磁面过程消融云图像的演变,直接获取到关于磁流体稳定性的信息,特别是在q=1磁面内外极向场的变化的实验数据,进行磁流体稳定性理论研究。数字图像处理在该领域扮演着举足轻重的作用。图像分割是将图像中有意义的
5、特征部分提取出来,有意义的特征有图像中的边缘和区域等,这是进一步进行图像识别、理解和分析的基础。虽然目前已研究出不少区域分割、边缘提取的方法,但是还没有一种普遍适用于所有图像的有效方法。在等离子物理方面图像分割也拥有着其重要的作用,国际热核聚变堆(ITER)的芯部加料问题是一个热点问题。我们在本文中将要介绍关于某些新型的靶丸注入方式和最佳的芯部加料的最佳工作方式。在HL-2A上我们已经对5种氢同位素组合的固态靶丸T2,DT,D2,HD,H2进行了相关的数字模拟。他们的模型对ITER作了数值计算模拟并且设计了参数。但由于靶
6、丸消融过程非常的短暂所以不容易分析极向场,故而对于这一过程采用CCD进行图像信息采集,通过图像分割将靶丸消融时产生的弹丸消融云从图像中分割出来,进而分析弹丸消融的梭型云,从而提取弹丸运行轨迹进而进行极向场的进一步确定。2.图像分割算法图像分割算法从整体上可分为两大类,即基于区域跟踪的算法和基于边缘检测的算法。对图像分割算法的选择和确定需要根据不同的分割目的和目标图像与相关的一些特点,综合运用各种图像分割算法和技术相融合,才能达到最理想的效果。2.1基于边缘检测的算法基于边缘检测的分割算法是通过对相邻像素的灰度值的检测其突
7、变性或不连续性来获得不同区域间的边缘,从而将图像分成不同的且不包含的区域。在数学中,边缘点的形式表示为图像二阶导数的一阶或零点的导数的极大值点,边缘检测中的相关的检测算子可以检测出这些边界点。其算法实现是通过对图像进行滤波来完成的。而图像滤波的方法则是由如下的卷积运算实现的,如性质：(1)对图像进行滤波其实就是用图像与某个滤波算子作相关的卷积运算。边缘检测方法的核心问题是获得相关的滤波器算子,也就是常说的边缘检测算子的设计问题。常用的边缘检测微分算子有：一阶导数算子：Roberts算子、Sobel算子和Prewitt算子
8、；二阶导数算子：Laplacian算子等；高斯函数一阶导数算子：Canny算子；高斯函数的二阶导数算子：LOG算子。最近几年研究的滤波器还有可控滤波器,B-样条滤波器等等。其中一阶Roberts算子是算子,具有对陡峭的低噪声数字图像处理效果最好;但是梯度算子相对于边缘信息以及图像噪声都比较很敏感；其它的三个算子,都是
