Pomiar parametrów pęcherzy gazu w kolumnie aeracyjnej z wykorzystaniem technik przetwarzania i analizy obrazów

Abstract

In this paper we try to develop a novel methodology for 3D reconstruction and measurement such parameters of gas bubbles as area and capacity, using image analysis techniques. Grey-scale image captured by a CCD camera consists of two sub images presenting two views in two planes of analyzed gas bubbles. The angle between them is equal 90 degrees. Thanks to it we are able to do bubbles reconstruction in 3D. Each of sub gray-scale image is processed separately. To receive their binary version we use: median filtration, edge detection, thresholding and morphological operation. In the next step algorithm fixes bubbles from two images to receive table containing two views of each analyzed bubble. In the next step each view of the bubble is approximated using ellipse to get parameters of ellipsoid which represents bubble in 3D. Finally each bubble is visualized in 3D and its area and capacities are calculated. W niniejszym artykule przedstawiono nową metodę rekonstrukcji 3D i pomiaru parametrów pęcherzy gazu w kolumnie aeracyjnej, takich jak pole powierzchni i objętość, z wykorzystaniem technik przetwarzania i analizy obrazów. Dzięki zastosowaniu układu luster obraz pochodzący z kamery CCD pokazuje dwa widoki pęcherzy gazu, których płaszczyzny akwizycji są do siebie prostopadłe. Dzięki temu możliwa jest rekonstrukcja 3D pęcherzy. Po etapie akwizycji każdy z podbrazów jest przetwarzany oddzielnie. W celu otrzymania ich wersji binarnych wykorzystano: filtracje medianową, detekcję krawędzi, segmentację oraz wybrane operacje morfologiczne. W następnym kroku prezentowany algorytm dopasowuje pęcherze gazu na dwóch obrazach binarnych w celu otrzymania tablicy zawierającej dwa widoki każdego pęcherza. Ich krawędzie przybliżane są elipsami w celu otrzymania parametrów elipsoid, reprezentujących pęcherze w przestrzeni 3D. Ostatecznie dla każdego pęcherza obliczane jest jego pole powierzchni oraz objętość.