用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法

本发明属于图像处理，涉及一种用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法。

背景技术：

1、现有对于等离子体电解氧化(peo)反应火花状态的分析，主要是通过人工肉眼观察结合经验的方法进行识别，或者通过相机、摄像机获得图像后再进行人工分析判断。现有的学术研究文献根据火花状态的区别将peo反应过程大致分为四个阶段，即阳极氧化阶段、火花放电阶段、微弧放电阶段和弧光放电阶段。文献《铝合金微弧氧化放电火花对膜层粗糙度的影响》研究了反应过程中随电压升高而放电火花表现出阶段性的特点，但是该方法仅是靠人工观察实验现象进行放电火花变化规律的归纳和放电火花演变阶段粗略的划分。文献《微弧氧化火花放电等离子体源的形成机制研究》通过拍照记录并人工分析实验现象，对火花演变阶段进行了划分。文献《discharge behaviors during plasma electrolyticoxidation on aluminum alloy》对放电火花进行视频成像后也是通过人工方法对火花进行判断分析。通过人工分析对peo过程的放电火花状态进行识别的方法带有主观性，误差较大，更无法根据放电火花演变实现对膜层生长的在线优化自动化控制。

2、在上述通过人工分析获得的对peo过程中四个放电阶段中，第二阶段(火花放电)和第三阶段(微弧放电)这两个阶段火花演变过程衔接紧密，通过肉眼观察没有特别明显划分界限，人工分析的方法只能粗略的划分成两个阶段。由于没有明显界限，因此也有些文献也将这两个阶段简单归结成为一个微弧放电阶段。这两个阶段的火花演变过程不仅火花数量有渐变变化，且亮度等也在演变，如何识别这个演变过程是个难点。第二阶段(火花放电)和第三阶段(微弧放电)是膜层生长的关键时期，对膜层性能影响至关重要，精确地识别该过程的演变进程，对膜层优化调控具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，解决了目前采用人工肉眼观察放电火花，无法实现peo反应进程的客观辨识与量化的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1，获取peo反应全过程试样表面的火花图像；

4、步骤2，计算火花图像的rgb颜色模型、灰度值；

5、步骤3，提取火花图像中的rgb单色通道指数；

6、步骤4，构建火花图像的rgb单色通道指数变化图像、灰度变化图像；

7、步骤5，根据火花图像r、g、b单色通道指数的变化和灰度变化信息，结合阈值判断提取peo反应的火花状态辨识模型，预测peo反应进程信息。

8、本发明的特点还在于：

9、步骤2具体包括以下步骤：

10、步骤2.1，对每张火花图像的r、g、b特征进行提取，对r、g、b三通道分别进行高斯滤波，得到第一图像，所构造高斯滤波器函数计算公式如下：

11、

12、式中，σ表示标准差，i,j分别为各个位置坐标(i,j)的对应值，(k+1,k+1)为中心点坐标，g(i,j)为滤波后的像素值；

13、步骤2.2，对第一图像做图像增强处理，将rgb颜色模型转化为hsi模型后进行hsi模型均衡化，调整s和i分量增强第一图像对比度，计算公式如下：

14、

15、

16、

17、其中：

18、

19、式中：h(x,y)为色度；s(x,y)为饱和度；i(x,y)为亮度；r为rgb通道的r分量；g为rgb通道的g分量；b为rgb通道的b分量；

20、步骤2.3，通过式(2)、式(3)和式(4)将图像从rgb模式转换为hsi模式，通过以下公式(5)～(7)计算火花区域的平均色度、平均饱和度和平均亮度，对i分量均衡并且增大s分量，得到第二图像：

21、h＝1/a∑h(x,y)  (5)；

22、s＝1/a∑s(x,y)  (6)；

23、i＝1/a∑i(x,y)  (7)；

24、式中：h—平均色度；s—平均饱和度；i—平均亮度；a—像素点个数；

25、步骤2.4，将第二图像分离为r、g、b三通道图像，提取r、g、b三个通道的像素值并绘制对应的颜色模型，使用加权平均值法计算灰度值，对每个像素点的灰度值进行累加求和，求图像的平均灰度值：

26、avg_value＝sum/n  (8)；

27、其中，sum为每个像素点的灰度值累加求和值，n为图像的像素点个数。

28、步骤3的具体过程为：提取第二图像的rgb颜色模型中像素值为255处的rgb单色通道指数，计算公式如下：

29、

30、式中，n为火花图像此处的总像素点个数，ir、ig、ib分别为每个像素点r通道、g通道、b通道的分量，r、g、b分别是图像r通道、g通道、b通道的平均分量。

31、步骤4的具体过程为：根据步骤3所统计的每张图像的rgb单色通道指数，绘制rgb单色通道指数随着反应时间变化的图像，再以火花图像的灰度值作为数据集，绘制火花图像的灰度值随着反应时间变化的图像。

32、步骤5的具体步骤如下：

33、遍历rgb单色通道指数变化曲线，当r值大于a时，判断peo反应进入第一阶段；当g值或b值达到最大值d，且r值开始呈上升趋势时，判断peo反应进入第二阶段向第三阶段过渡；当r-g的值大于h时，判断peo反应进入第三阶段；当r值大于c时，判断peo反应进入第四阶段。

34、本发明的有益效果是，针对peo反应过程中的火花形态以及颜色变化相对于人眼难以精确辨识并且阶段性界限模糊的问题，本发明提出一种基于rgb色彩特征提取的peo反应进程辨识方法。选取与人类视觉相近的rgb颜色空间,提取并分析peo反应过程中放电火花图像的r、g、b单色通道指数和平均灰度值变化规律，建立了一个定量化、可操作性强的peo反应进程辨识方法，通过rgb单色通道指数变化规律结合通道阈值和差值对peo反应阶段进程进行判断，为peo反应过程分段控制并实时调控膜层生长提供了理论基础。

技术特征：

1.用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：提取第二图像的rgb颜色模型中像素值为255处的rgb单色通道指数，计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：根据步骤3所统计的每张图像的rgb单色通道指数，绘制rgb单色通道指数随着反应时间变化的图像，再以火花图像的灰度值作为数据集，绘制火花图像的灰度值随着反应时间变化的图像。

5.根据权利要求4所述的用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤5的具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了用于等离子体电解氧化反应进程的在线辨识方法，具体包括如下步骤：步骤1，获取PEO反应全过程试样表面的火花图像；步骤2，计算火花图像的RGB颜色模型、灰度值；步骤3，提取火花图像中的RGB单色通道指数；步骤4，构建火花图像的RGB单色通道指数变化图像、灰度变化图像；步骤5，根据火花图像R、G、B单色通道指数的变化和灰度变化信息，结合阈值判断提取PEO反应的火花状态辨识模型，预测PEO反应进程信息。解决了目前采用人工肉眼观察放电火花，无法实现PEO反应进程的客观辨识与量化的问题。

技术研发人员：陈桂涛,李宇英,张子文,孙向东,白力静
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8