原油乳状液液滴直径测量软件改进

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摘 要：本文充分利用Delphi带来的快速开发软件的优点，其在图象处理上的强大功能，以及数学逻辑计算的相关知识，成功地开发出了一款原油乳状液液滴直径测量软件。此软件通过将图片灰度化，运用数学逻辑计算知识，结合通用图像处理技术，对液滴进行最优二值化处理，得到一个二值化乳状液液滴图，并对处理的图片进行边缘检测，方便观测液滴的数目，可以得出液滴的大小及总面积，进而得出液滴的平均直径。

关键词：乳状液 液滴直径 测量软件

一、乳状液直径测量的意义

乳状液广泛的应用于石油生产的各个环节中。目前，世界上开采以乳状液形式为主的原油接近总产量的80%。乳状液性质的研究对于原油开采、集输、处理都有着重要意义。乳状液中分散相的液滴粒径分布规律，是作为表征油水乳化程度的重要因素，将会直接决定乳状液体系的物理特性及流变特性，它是乳状液物理特性研究的关键因素。因而，实现乳状液液滴直径分布的准确测量是非常必要的。

二、测量软件程序设计

测量软件结合上述图像处理技术，在Delphi环境下进行软件开发及程序设计。

1.测量软件设计分析

1.1打开图片

电子显微镜所拍摄下来的原油乳状液图片如下：

图1 电子显微镜拍摄下的原油乳状液原图片

这是一张462×335的彩色图片，图像的起初格式为JPEG，为便于位图处理，在图像处理前应该将其转换为BMP格式。

1.2灰度化

从图1中可以看出，发亮的是液滴，而深色的是原油。由于区分液滴与原油最明显的一个特征是图像的亮度，所以可以根据上述的YUV颜色空间与RGB空间的关系，将原图像灰度化处理。

根据YUV的颜色空间，Y分量的物理含义是亮度，它含了灰度图的所有信息，只用Y分量就完全可以表示出一幅灰度图来。YUV与RGB之间有如下的对应关系：

利用上式，可以求出：

根据R、G、B值求出Y的值后，将R、G、B值都赋值为Y，就可以表示出灰度图来，这便是24位真彩色图转为灰度图的原理。

1.3滤波还原

图像滤波，就是在尽量保护图形具体变化的前提下对工作线谱的噪音完成一定程度的控制，是图形提前改造时必须具备的步骤，它的改造结果的优劣必定要严重降低将要完成的图形改造与解析的准确性和稳定性。

因为图形输出系统、传送通道及存储仪器等科技水平的限制，数据图形在它的产生、传送储存流程里必定将承受大量的噪音的影响。此种方式产生的噪音在图形里往往作为某类引发很完美的视觉信号的单独的彩色点或者彩色块产生。噪音代表大小不同的数值，此类数值经过做和或是做差且对图形色彩的虚幻黑度值产生效果，在图形里完成明、黑点影响，很大程度减少了图形的品质，而且干扰图形还原、解体等最后步骤的完成。如果组建出能够很大程度减少噪音的机器必须考虑两个基本的问题能有效地去除目标和背景中的噪声；与此同时，能够很好地护图像目标的形状、大小及其特定的几何和拓扑结构特征。

1.4二值化处理

在原油乳状液图像处理中，二值图像具有非常重要的地位，特别是在实际应用的图像处理系统中，以二值图像处理所实现构成的系统是很多的，若要进行二值图像的处理与分析，首先需要把灰度图像二值化，进而得到二值图像，这样做的好处是：在对图像进行处理时，其图像几何性质只与0和1的位置有关，不再涉及到像素点的灰度值，使处理变得十分简单，而且数据压缩量变得很大。

从灰度图像中可以看出，各个液滴的灰度并不一致，很难做到明确判断各个像素点是否属于液滴，特别是边缘区相对比较模糊。而本研究中利用数学算法很好的解决了这个问题。在程序中，主要体现了四种数学算法，分别为双峰法、迭代法、大律法、灰度拉伸法。通过使用数学算法，可以算出一幅图片中的理想灰度分割值，称之为阈值。之后求出每一个像素点的阈值，与设定的阈值相比较，那么大于此值的像素点就属于液滴（设为1），而小于此值的像素点不属于液滴（设为0）。将值为1的像素点的R、G、B值都设置为255（即白色），值为0的像素点的R、G、B值都设置为0（即黑色），完成以上几个步骤，便得到了一幅二值化处理的原油乳状液图片。

1.5边缘检测

边缘检测是图像操作和电脑视觉内的一项基本问题，边界检测的作用在于标出数字图像中亮度改变明显的点。图像的属性中显著变化通常反映了属性的重要事件和变化。边缘检测已经成为图像处理和计算机视觉中，尤其是特征提取中的一个研究领域。

在本次研究中，我们将二值化的乳状液图片进行边缘检测，更加清晰的看出了乳状液的液滴个数，通过此方法，我们可以清楚的看到图片中乳状液的个数。对于边缘检测，本次研究了krisch算子法和marr算子法。利用这俩种算法，便得到了一下图片。通过经典的微分算子原理和模板较简单，比较容易实现，且能够以较高的定位精度提取出准确且清晰的边缘，但krisch算子法的边缘细节不够完善，连续性比较差，而marr算子法所处理的边缘十分清晰。

1.6液滴数目与总面积

经过边缘检测处理，可以更清晰的观察到液滴的数目，那么，我们将液滴的数目数出，并记做N。

由于在图片中值为1的像素点为液滴，而值为0的像素点不属于液滴，所以求出值为1的像素点总个数，记做M，便可以得出液滴的总面积：

：图片实际面积 ：图片总像素点数

液滴直径d：

根据上述公式完成乳状液液滴直径的测量。

2.测量软件程序实现

本测量软件是在Delphi环境下所开发出来的，其程序设计利用的也是Delphi中应用的Pasic语言。该软件的实现步骤如下：

打开图片滤波还原灰度化大律法二值化marr算子边缘检测读出液滴数目输入图片实际面积输入所读出的液滴数目液滴平均直径。

三、建议

该软件基本可以得到较为准确的液滴直径。但由于时间的仓促，能力有限，该软件存在一定功能的缺陷，还有待完善。其缺陷表现在：在进行乳状液液滴边缘检测后，理论上可以运用一些数理知识，利用Delphi软件的智能优点，实现自动测量图片中液滴数目的功能，这样，对于一幅内容比较丰富的图片来说，既节省了我们数液滴数目所花费的时间，又大大增加了读出液滴数目的准确性。

如果能够找到一种更适用于乳状液图像的处理方法，将图像中存在的不规则液滴全部转化为规则的圆，那么测量出来的直径将会变得非常精确。相信之后的学术研究，会得到满意的答案。

参考文献

[1]刘骏.Delphi数字图像处理及高级利用[M]北京：科学出版社 2003，9

[2] 张红岩，李晓平.基于图像处理测量原油乳状液直径测量方法[J]2011.10.8

[3] 段兴.Delphi7 控件实用程序设计100例[M]北京：人民邮电出版社 2003，6

作者简介：邢斌（1984-）汉，山东济南人，助理工程师，从事联合站原油处理工作。