图像处理获得气泡直径
前 言
气泡直径是研究气液以及气液固体系的重要参数，影响着液相流动、返混以及传质等性能。
测量气泡直径的方法主要有两种，一种是侵入式测量，例如毛细管吸力探针测量技术、电导探针测量技术、光纤探头测量技术，金属网感应器测量技术；另一种是非侵入式测量，例如相位多普勒测速技术、干涉粒子成像测量技术、数字图像分析测量技术。
侵入式测量技术会干扰液相的流动，因此通常会选用非侵入式测量技术测量气泡直径，而在所有非侵入式测量技术中，数字图像处理技术能处理非规则的气泡直径。
Bubble Diameter
那么，采集到气泡图像后，如何推算气泡尺寸呢？今天，小编介绍一种方便实用的气泡尺寸测量方法，即运用matlab获得气泡当量直径。
Matlab获得气泡当量直径的方法主要是将气泡图像转化成相应的矩阵，计算出气泡所覆盖的像素面积。
1
采集气泡运动图像
采集图像的设备有很多种，手机也是一种方便的采集图像设备，如图1，是采用手机拍摄的气泡运动照片，相比于高速摄像，手机像素较低，但也足够辨别气泡的形态。
图1 气泡运动照片
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图像灰度化
首先，通过matlab中imread函数读取气泡运动照片；
然后，通过rgb2gray函数将其转化成灰度图，如图2。
转化成灰度图之后，测量管道壁面没擦干净的地方特别明显（小编内心OS：幸好自己不是处女座，不然要自带抹布先做会儿保洁工作，当然了，还是要保证测量管道壁面尽量清洁）。
图2 灰度化后的气泡照片
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气泡二值图
选择合适的阈值，将气泡灰度图转化成二值图。鉴于气泡照片的拍摄质量还可以，所以采用全局阈值进行转化。
另外，什么是二值图呢？二值图就是只有0和1矩阵表示的图，像素1是白点，0是黑点。气泡灰度图处理后所得的二值图如图3所示。
图3 气泡二值图
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二值图转置
气泡二值图中更容易看出壁面的脏东西了，暂且不处理它，先将气泡二值图做转置，也就是将图片矩阵的0变成1，原来的1变成0，转置后如图4所示。
图4 转置后的气泡二值图
5
图像过滤
此时的气泡二值图中仍存在干扰测量的尘埃微粒，因此要对其进行处理，处理原理是根据像素的连续区域的大小，由于尘埃微粒比气泡小很多，因此可根据尺寸将其过滤，在此通过bwareaopen函数，过滤掉像素小于100的区域。处理后气泡二值图如图5所示（此刻的气泡画面，处女座应该表示满意）。
图5 图像过滤后的气泡二值图
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气泡填洞处理
目前的气泡二值图中，气泡中心存在空洞，需将其进行填补。
气泡填补前需确定气泡的具体轮廓。为什么要增加这个步骤呢？因为有时拍摄出的照片，由于光线的原因，气泡外轮廓是破损的，破损气泡很难修复。
图6 确定气泡轮廓
从边缘轮廓可以看出气泡是完全封闭，如若出现破损气泡，则必须进行破损气泡删除，或者选用合适的阈值对原灰度图进行处理。接下来对气泡进行填洞处理，结果如图7所示。
图7 填洞后的气泡图像
计算气泡当量直径前，需对气泡图像进行标定。计算出每个气泡所覆盖像素后，根据像素间距离与实际距离对应关系可以计算气泡面积，然后根据圆面积计算公式计算气泡当量直径。
相关MATLAB代码
I=imread('image.JPG');
F=rgb2gray(I);
LEVEL=graythresh(F)；
T=im2bw(F,LEVEL);
[M,N]=size(F);
T_zhuanzhi=ones(M,N)-T;
T_bubble=bwareaopen(T_zhuanzhi,100);
T_edge=edge(T_bubble,'canny');
T_filled=imfill(T_edge,'holes');
说明：可将图1保存为“image.JPG”，然后运行上述脚本文件。
