专利名称：一种基于图像处理的超声空化效应测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及超声空化检测及信号分析技术，具体说是一种通过图像处理测量超声空化及信号分析技术。
背景技术：
超声空化是一个十分重要而又非常复杂的物理现象，有着越来越广泛的应用。影响超声空化的物理参数很多，对其定性及定量的测量有非常重要的作用。超声波进入液体， 导致内部压力起伏，有些超过静态压力，也有些低于静态压力，其中低于静态压力的，称为负压。在液体的负压区域，结构中的缺陷会逐渐成长，形成肉眼可见的微气泡，这就是声空化。由于表面张力的作用，微气泡的形状几乎是球形的。微气泡的运动具有明显的非线性特征，具体表现为缓慢的膨胀和急剧的压缩。超声空化的测量已有数十种方法被报道，如直接观察空化发光的光学法；基于化学法的荧光检测法、碘释放法；物理上的次谐波法等。(1)光学方法
声致发光是指液体中声空化过程伴随发生的一种光的弱发射现象。早在四、五十年代人们就已经发现，声致发光是离散闪烁过程，对应每一个声波周期闪烁一次，有时两次。大多数液体的声致发光光谱是从红外区一直扩展到紫外区，利用高速摄影技术直接观测发现，在低频超声空化下，发光主要是发生在空化泡崩溃的后期。(2)声学方法
研究表明超声空化过程中伴随产生次谐波和高次谐波等。用声学仪器可以检测到空化噪声、谐波和次谐波。国际上一般认为如能监测到HIFU治疗过程中产生1/2基频波的次谐波，就可以认为发生空化反应。(3)碘释放法
超声空化过程中，KI水溶液中的KI氧化生成单质碘，加入少量 CfCi4，使其大量析出。有关化学反应如下
权利要求
1.一种基于图像处理的超声空化效应测量装置，其特征在于，所述装置包括盛放反应液的透光水槽(2)和对超声水处理图像进行采集的图像采集装置(3)，其中，图像采集装置 (3)设置在与透光水槽(2)相对应的位置，其与对图像信号进行处理的计算机(6)连接，而透光水槽(2)底部固定有超声换能器(1)，超声换能器(1)与功率放大装置(5)输出端连接， 功率放大装置(5)与信号发生装置(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的超声空化效应测量装置，其特征在于， 所述的透光水槽(2)为玻璃水槽。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的超声空化效应测量装置，其特征在于， 所述图像采集装置(3)为工业摄像机。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的超声空化效应测量装置，其特征在于， 所述的计算机包括matlab图像信号处理模块。
5.一种利用权利要求1中测量装置进行测量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤(1)向透光水槽(2)中加入适量的水，并将整个超声换能器(1)置于透光水槽(2)的底部，浸于水中，固定其位置；(2)调整图像采集装置(3)，使其与透光水槽(2)相对固定，保证每次采集气泡图像的区域相同，并位于最易于进行图像采集的位置；(3)将图像采集装置(3)与对图像信号进行处理的计算机(6)相连；(4)信号发生装置(4)产生的信号经功率放大装置(5)放大后驱动超声换能器(1)，其中，功率放大装置(5)不能空载；(5)调节信号发生装置(4)的频率属性，使其与超声换能器(1)的固有频率匹配；(6)设定功率放大装置(5)输出功率，在空化稳定时，采集液体气泡图像信号；(7 )图像采集装置(3 )采集液体气泡图像信号后，将视频信号数字化并转化为光信号后传输到图像采集卡，转化为数字图像后读入计算机(6)，计算机(6)的图像信号处理模块根据数字信号提取气泡数量等图像特征参数；(8)维持测量条件不变，改变功率放大装置(5)输出功率，重复步骤(6)和步骤(7)，采集不同功率下空化效应产生的液体气泡图像信息；(9)分析并处理采集得到的液体气泡图像信息，得出一定频率下，空化泡的数量与空化效应及声功率的关系。
6.根据权利要求5所述的一种利用权利要求1中测量装置进行测量的测量方法，其特征在于，步骤(7)中光信号通过光缆传输到图像采集卡。
7.根据权利要求5所述的一种利用权利要求1中测量装置进行测量的测量方法，其特征在于，步骤(7)中计算机(6)接收到的数字图像的格式为RGB-24bits。
8.根据权利要求5所述的一种利用权利要求1中测量装置进行测量的测量方法，其特征在于，步骤(9)中液体气泡图像信息的分析处理步骤为(1)图像分割；(2)对分割后的图像进行处理；(3)找出气泡或气泡群以及位于图像边界处的气泡；(4)检测出相接的气泡组；(5)计算出独立的气泡数目。
9.根据权利要求5所述的一种利用权利要求1中测量装置进行测量的测试方法，其特征在于，步骤(9)中得出一定频率下，空化泡的数量与空化效应及声功率的关系后，还包括建立模型的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像处理的超声空化效应测量装置，所述装置包括盛放反应液的透光水槽(2)和对超声水处理图像进行采集的图像采集装置(3)，其中，水槽(2)底部固定有超声换能器(1)，超声换能器(1)与功率放大装置(5)输出端连接，功率放大装置(5)与信号发生装置(4)连接，所述的图像采集装置(3)与对图像信号进行处理的计算机(6)连接。同时，本发明还公开了利用所述装置进行测量的方法。本发明增强了人类感知超声空化效应的能力，为通过多种方法和手段的比较分析来准确评价空化效应强弱创造了有利的条件。
文档编号G01N21/84GK102230898SQ20111008790
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者刘昌伟, 刘静, 单鸣雷, 曾晓阳, 朱昌平, 汤一彬, 葛蕤, 贾正平, 韩庆邦 申请人:河海大学常州校区