基于列处理的plif浓度场标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，特别是在非均匀浓度场下，标定平面激光诱导浓度场的方法。
【背景技术】
[0002]常见的平面激光诱导荧光技术(PLIF)，一般采用半圆柱透镜将激光束转换为扇形片光。片光平面强度呈高斯分布，中间能量强，两边能量弱，造成荧光溶液浓度一样，但荧光强度呈高斯分布，为此，需要对片光的高斯分布进行修正。目前常用的几种商业PLIF测量系统所带软件基本都具有高斯校正的功能。
[0003]扇形片光的激光能量散布面大，有效利用率低下，因此，拍摄的浓度场范围较小，多为十几厘米见方的小区域，很多时候不能满足测量需求。如果将以往片光源的光学组件改为使用鲍威尔棱镜扩束，菲涅尔透镜再聚光后形成平行光片，不仅可以获得较为均匀的光强分布，而且有效测量区域能大幅增加。
[0004]PLIF系统浓度检测的度量基础和精确度很大程度取决于检测前的浓度标定环节。鲍威尔镜与菲涅尔镜组合产生的平行片光不同于以往常用的扇形片光，具有其独特性，片光由一系列密集的、平行的明暗相间条纹组成。而目前尚未有相应的标定方法。为使PLIF浓度检测完善、精确，在研发过程中，建成了本浓度标定有关设备并确定了标定方法。
【发明内容】
[0005]本申请的发明目的在于解决现有的检测方法不能精确地标定出非均匀浓度场的待测溶液的问题，而提供一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法。
[0006]为了完成本申请的发明目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，它包括以下步骤:
[0008](I)样本溶液的配制:
[0009]用0-0.8ppm浓度的荧光素钠配置成若干个浓度均匀的样本溶液；
[0010](2)用经菲涅尔镜扩展得到的平面激光分别照射上述若干个浓度均匀的样本溶液，得到若干个初始的片光明暗条纹图像；
[0011 ] (3)对上述每个初始的图像进行灰度处理，得到若干灰度值分布图，每个灰度值分布图中包含有P行Xq列个网格的灰度值；
[0012]其中:
[0013](4)对上述灰度值分布图的浓度和灰度关系进行分析:
[0014]⑴取各个浓度下，灰度值分布图中第一列首行网格的灰度值F1作为纵坐标，将浓度作为横坐标，作出图像，将各个浓度下的上述灰度值F1点绘在坐标图像上，利用最小二乘法将各浓度下的灰度数据拟合成过原点的直线，将该直线记录在计算机中；
[0015](ii)重复步骤(i)，依次取各个浓度下，灰度值分布图的第2-n列的首行网格灰度值，分别得到2-n个列的灰度拟合直线；
[0016](5)衰减系数的求解:
[0017](i)在灰度值分布图中，提取每个浓度下的网格灰度值；
[0018](?)将同一列各行网格的灰度值Fn与同一列首行网格的灰度值F1相比，经过运算处理得到-1n (F1ZF1)；
[0019](iii)在同一浓度下，以各网格所在行的位置为横坐标，以用同一列的不同行网格的-1n(F1ZF1)值为纵坐标画出图形，通过最小二乘法将上述图形拟合成一段过原点的直线，得到Π。」，H。」为上述拟合直线的斜率；重复上述步骤得到不同浓度和不同列下的Π。」，将Lj存入数据库，其中c为浓度,j为列数；
[0020](iv)将不同浓度下，同一列的作图，以不同浓度为横坐标，以为纵坐标，得到H。」图像，通过最小二乘法将上述图形拟合成一段过原点的直线，将各列的H。」系数拟合直线存入数据库中；
[0021](6)非均匀浓度场的计算:
[0022](i)用经菲涅尔镜扩展得到的平面激光照射非均匀浓度的待测溶液，得到初始片光明暗条纹图像；
[0023](ii)对上述⑴步骤的初始片光明暗条纹图像进行灰度处理，得到待测溶液的灰度值分布图；
[0024](iii)从计算机中调取上述步骤⑷的Ι-n列的浓度灰度拟合直线，和步骤(5)的(iv)步的Ι-n列的η。」系数拟合直线；
[0025](iv)从上述待测溶液的灰度值分布图中提取第一列首行的灰度值，对照上述步骤
(4)的第一列的浓度灰度拟合直线，从该直线中查出对应的第一列首行网格的浓度Ctl11，即得到了待测溶液的第一列首行网格的浓度C11 ;根据该浓度C11,对照上述步骤(5)的(iv)步第一列的H。」系数拟合直线，查出第一列首行网格H11值，再从上述待测溶液的灰度值分布图中提取第一列第二行的灰度值，对照步骤(4)的第一列的浓度灰度拟合直线，从该直线中查出对应的第一列第二行网格的浓度Ctl12，计算得出C12 = C°12*e(nmQ)，得到第一列二行网格的浓度C12;根据该浓度C12，从步骤(5)第一列的％系数拟合直线中，查出H12值，再从上述待测溶液的灰度值分布图中提取第一列第三行的灰度值，对照上述步骤(4)的第一列的浓度灰度拟合直线，从该直线中查出对应的第一列第三行网格的浓度Ctl13，算出C13 =C°13*e(nll*Q+nl2*Q);依此类推，得到Clx = C°lx*e(nll*Q+nl2*Q……+ ?，)，其中Q为一个网格的像素个数，X为第一列的网格数，由此得到待测溶液的灰度值分布图中的第一列的浓度；
[0026](V)重复步骤(iv)，计算出待测溶液的灰度值分布图中的2-n列的浓度，最终得到待测溶液的浓度；
[0027]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，其中:所述的步骤(I)中配制10-30个浓度均匀的样本溶液；
[0028]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，其中:在步骤(3)和步骤(6)的Qi)中的对每个初始的片光明暗条纹图像中进行灰度处理的方法如下:
[0029](a)、采集从菲涅尔透镜产生的片光图，得到该片光图中的每个像素的灰度值；
[0030](b)、沿着平行于像素行的方向，将上述灰度图平均分割成P行，再沿着垂直于像素行方向将上述灰度图平均分割成q列，使该灰度图分割成P行X q列个网格，每个网格的大小相同；
[0031](c)、设每个网格内有m行η列个像素，将每列的m个像素灰度值求和，得到η个和值，求取η个和值的最大值，并记录下该网格的对应列号，即为最大值列号；
[0032](d)、保留步骤(C)的最大值列号的灰度值或最大值列号的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，将所有保留的列定义为此网格内的一个亮线列，而其余列的灰度值被赋值为零，该网格的灰度值为该亮线列的平均灰度值；
[0033](e)、重复步骤(C)和(d)，求取pXq个网格的亮线列的平均灰度值，得到整个片光图的灰度值分布图，每个灰度值分布图中包含有P行Xq列个网格的灰度值。
[0034]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，其中:所述的步骤(2)中每个网格内m行或η列均包含8-15个像素；
[0035]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，其中:所述的平均灰度值为上述一个亮线列所有像素的灰度值的总和除以该亮线列所包含像素的个数；
[0036]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，其中:所述步骤(2)至步骤
(6)均是用计算机来进行辅助运算。
[0037]使用本发明的标定激光诱导浓度场的方法可以通过标定浓度均匀场中，溶液浓度与灰度的关系和浓度与Hcu.系数的关系，来推算出非均匀浓度场中的溶液浓度，从而通过片光图准确地推算出非均匀浓度场中的溶液浓度。
【附图说明】
[0038]图1为在浓度均匀场中，在各种浓度下，首行第一列的灰度值与浓度的关系直线，在图1中，以首行第一列的灰度值作为纵坐标，以浓度作为横坐标；
[0039]图2为在浓度均匀场中，在各种浓度下，首行第二列的灰度值与浓度的关系直线，在图2中，以首行第二列的灰度值作为纵坐标，以浓度作为横坐标；
[0040]图3为在浓度均匀场中，在各种浓度下，首行第三列的灰度值与浓度的关系直线，在图3中，以首行第三列的灰度值作为纵坐标，以浓度作为横坐标；
[0041]图4为图1至图3的合成图，在图中，以灰度值为纵坐标，以浓度作为横坐标；
[0042]图5为用于推求Jlcu.系数的荧光强度衰减直线；在该图中以所在行的位置为横坐标；以-1n(FlxZFlj)为纵坐标,所拟合成的直线,在该图中,标有+为第一列，标有*为第二列，标有ο的为第三列；(FJF1P为同一列中、不同行的灰度值与首行灰度值的比值；
[0043]图6为第一列的浓度与Π cJ系数的拟合系数直线，其中以浓度为横坐标，以Π系数为纵坐标；
[0044]图7为第二列的浓度与η cJ系数的拟合系数直线，其中以浓度为横坐标，以Π系数为纵坐标；
[0045]图8为第三列的浓度与η cJ系数的拟合系数直线，其中以浓度为横坐标，以η μ系数为纵坐标；
[0046]图9为通过菲涅尔透镜后的激光形成的片光图，在该片光图中包括:多条明线和暗线相间组成的图像，将该图像划分成P行和q列；
[0047]图10用本发明的方法处理图9片光图后得到的灰度值分布图；
[0048]图11为由图9的片光图的P行和q列划分出来的一个网格片光图的放大示意图；
[0049]图12为用本发明的方法处理后的图11的一个网格片光图的放大示意图。
[0050]在图9、图11和图12中，标号I为P行，标号2为q列，标号3为亮线列。
【具体实施方式】
[0051]本发明的一种基于列处理的PLIF浓度场标定方法，它包括以下步骤:
[0052](I)样本溶液的配制:
[0053]用0-0.8ppm浓度的荧光素钠配置成若干个浓度均匀的样本溶液，配制10_30个浓度均匀的样本溶液；
[0054](2)用经菲涅尔镜扩展后得到的平面激光分别照射上述若干个浓度均匀的样本溶液，如图9所示，得到若干个初始的片光明暗条纹图像；
[0055](3)对上述每个初始的图像进行灰度处理进行如下处理步骤:
[0056](a)、如图9所示，采集从菲涅尔透镜产生的片光图，得到该片光图中的每个像素的灰度值；
[0057](b)、如图9所示，沿着平行于像素行的方向，将上述灰度图平均分割成P行(如图9标号I所示)，再沿着垂直于像素行方向将上述灰度图平均分割成q列(如图9标号2所示)，使该灰度图分割成P行Xq列个网格，每个网格的大小相同；
[0058](C)、如图11所示，设每个网格内有m行η列个像素，每个网格内m行或η列均包含8-15个像素,将每列的m个像素灰度值求和,得到η个和值,