Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY CÓ TẠO BỌT
2.5 Phân tích ảnh sử dụng phần mềm ImageJ
ImageJ là phần mềm xử lý ảnh, phần mềm này có thể chạy trực tuyến hoặc cũng có thể chạy như một ứng dụng download về được, trên bất kỳ máy tính nào có Java 1.1 hoặc máy tính ảo. ImageJ có thể hiển thị, chỉnh sửa, phân tích, xử lý, lưu lại và in ảnh theo 8-bit, 16-bit và 32-bit. Bên cạnh đó, phần mềm này còn có thể đọc bất kì định dạng ảnh nào, bao gồm TIFF, GIF, JPEG, BMP, DICOM, FITS và RAW. Nó hỗ trợ "stacks", một tập hợp các bức ảnh chia sẻ một cửa sổ đơn. Bên cạnh đó, phần mềm này có thể đa đọc, giúp tiết kiệm thời gian có thể đọc file ảnh song song với các hoạt động khác. Nó cũng có thể tính toán khu vực và thông số giá trị pixel của một lựa chọn nào đó do người dùng xác nhận, tính
37
toán khoảng cách và các góc, tạo biểu đồ mật độ và các điểm profile. Ngoài ra, phần mềm hỗ trợ các chức năng chỉnh sửa ảnh chuẩn, ví như vận dụng tương phản, độ sắc nét, mượt, dò tìm góc cạnh, lọc trung tuyến. Các bức ảnh có thể phóng to lên tới 32:1 và giảm xuống 1:32. Tất cả các chức năng phân tích và xử lý đều được hỗ trợ. Phần mềm còn hỗ trợ số lượng ảnh lớn, chỉ bị hạn chế bởi bộ nhớ trong của máy tính [33].
Hình 2.9 Giao diện làm việc của phần mềm xử lý ảnh ImageJ
Các đoạn phim ghi lại được tách thành từng ảnh bằng phần mềm Free Video to
JPG converter. Hình 2.10 là các ảnh được tách từ một Video thu được, với vận
tốc ban đầu đạt được 15 m/s, ở nhiệt độ chất lỏng
t = 1/300s
t = 2/300s
t = 3/300s
Hình 2.10 Ảnh tách từ video của vật đầu cản phẳng
Sau khi tách ảnh, dùng công cụ xử lý ảnh ImageJ để phân tích từng ảnh nhằm mục đích thu nhận các thông tin để tính toán vận tốc trung bình, hình dạng, kích thước khoang hơi dựa vào phân tích độ tương phản, độ sáng tối của khung hình. Để phát hiện vật thể chuyển động, đề tài sử dụng phương pháp đơn giản nhất cũng như được sử dụng nhiều nhất là phương pháp trừ nền (Background Subtraction). Thuật toán Background Subtraction là một trong những thuật toán được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực thị giác máy tính (Computer Vision). Thuật toán được sử dụng nhằm xác định những pixel thuộc những vật chuyển động trong video hay còn được gọi là Foreground (FG), còn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
38
những vật không chuyển động được gọi là Background (BG). Sau đó đưa ra các đánh giá về mật độ pixels của FG từ đó thu nhận các thông số cần lấy. Các bước xử lý ảnh được thực hiện trong sơ đồ Hình 2.11
Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán xử lý ảnh trong ImageJ
Bước 1. Lấy từng khung hình từ video quay được, gồm một ảnh nền và nhiều
ảnh xử lý
(a) ảnh nền (b) ảnh xử lý
Hình 2.12 Ảnh nền (a) và một ảnh xử lý (b) lấy từ video quay được
Bước 2. Thiết lập tỷ lệ, do khoảng cách đặt camera làm cho kích thước thật và
kích thước quan sát không cùng độ lớn. Cụ thể trong trường hợp này vật mẫu dài 40 mm thực tế, hình ảnh qua camera có chiều dài 116 pixels.
Bước 3. Khởi tạo hình ảnh đầu tiên xử lý để thực hiện trừ nền. Tìm sự khác biệt
giữa background và foreground. Trừ các giá trị giữa ảnh xử lý và ảnh nền để tìm được điểm khác biệt
39
Hình 2.13 Ảnh khác biệt thu được bằng phương pháp trừ nền
Bước 4. Xử lý đưa ra ảnh nhị phân. Sau khi tìm được ảnh khác biệt thì tiến hành
chuyển đổi thành ảnh nhị phân.
Bước 5. Xác định hình dạng và kích thước qua hình ảnh và xuất ra kết quả cần
lấy. Khoang hơi có hình dạng là một hình Elip.
Hình 2.14 Hình ảnh kết quả hình dạng khoang hơi Bước 6. Cập nhật ảnh xử lý và tiếp tục xử lý với ảnh tiếp theo.
Một mã Macros được tạo để xử lý nhiều ảnh một lúc (xem phụ lục). Sau khi thực hiện xử lý ảnh hàng loạt có file kết quả. Trong trường hợp này thông tin nhận được của mỗi ảnh là tọa độ điểm đầu M(x, y) để xác định vận tốc trung bình, kích thước trục nhỏ D và trục lớn L của khoang hơi, khoang có dạng một elip.
Hình 2.15 Các thông số thu được sau khi xử lý ảnh bằng ImageJ
40
2.6 Kết luận
Sau khi tìm hiểu về các phương pháp tạo ra khoang hơi, ta nhận thấy phương pháp dùng ống thủy động có nhiều hạn chế, mà mục tiêu của nghiên cứu muốn quan sát quỹ đạo chuyển động của vật khi có khoang hơi. Phương pháp thuật phóng ngoài thỏa mãn được các mục tiêu đề ra, và có thể xây dựng được một mô hình nhỏ gọn đặt trong phòng thí nghiệm. Việc quan sát khoang hơi tính đến hiện nay, công cụ được sử dụng phổ biến nhất là máy quay camera có tốc độ màn trập cao, để ghi lại quá trính hình thành khoang hơi. Chương 3 sẽ trình bày cụ thể mô hình thí nghiệm theo thuật phóng ngoài mà đề tài sử dụng.
41
Chƣơng 3
BƢỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHOANG HƠI 3.1 Giới thiệu
Sau khi lựa chọn được mô hình thí nghiệm, điều quan tâm của luận văn là làm sao tạo ra được khoang hơi và tiến hành đo đạc. Các điều kiện để tiến hành thí nghiệm cùng với việc chuẩn hóa mô hình. Chương này trình bày các nghiên cứu thực nghiệm về khoang hơi. Từ xây dựng mô hình vật lý đến đo đạc thực nghiệm.
Thuật phóng là môn khoa học nghiên cứu sự chuyển động của đạn, rốc két, bom, v.v. các thiết bị không điều khiển khi bắn, phóng hay ném. Thuật phóng là cơ sở khoa học để thiết kế vũ khí, đạn dược theo ý muốn. Thuật phóng được chia thành ba dạng nghiên cứu là thuật phóng trong, thuật phóng trung gian và thuật phóng ngoài.
Thuật phóng trong: nghiên cứu sự chuyển động của đạn trong nòng và
các quá trình xảy ra trong lòng nòng pháo khi bắn (đối với loại có nòng) hay các quá trình xảy ra trong buồng đốt động cơ ở giai đoạn thuốc phóng cháy (đối với đạn phản lực hay rốc két).
Thuật phóng trung gian: nghiên cứu sự chuyển động của đạn và tác dụng
sau cùng của khí thuốc, từ khi ra khỏi lòng nòng đến khi hết tác dụng sau cùng của khí thuốc (khi áp suất trong nòng bằng áp suất môi trường).
Thuật phóng ngoài: nghiên cứu sự chuyển động của đạn (rốc két) sau khi
chấm dứt sự tương tác giữa nòng súng, pháo hay các thiết bị phóng với chúng. Tức là nghiên cứu chuyển động của vật khi ra khỏi nòng súng hoặc buồng đốt.
Chương này trình bày mô hình vật lý thí nghiệm đo đạc khoang hơi bằng phương pháp thuật phóng ngoài. Phần đầu giới thiệu và giải thích phương pháp thuật phóng ngoài. Phần hai mô tả tổng thể mô hình xây dựng tiến hành thí nghiệm, giải thích chi tiết từng dụng cụ tiến hành thí nghiệm. Phần ba nêu từng bước tiến hành thí nghiệm trong đo đạc kích thước khoang hơi và quan sát quỹ đạo chuyển động của vật thể kiểm tra. Giới thiệu các điều kiện tiến hành thí nghiệm như nhiệt độ, đồng dạng và chuẩn hóa mô hình sao cho tạo được khoang hơi. Phần bốn trình bày các kết quả thu được sau khi tiến hành thí nghiệm. Các hình ảnh về quỹ đạo, hình ảnh quan sát khoang hơi ở một vài trường hợp, các nhận xét về vận tốc cung cấp cho vật. Và đánh giá ảnh hưởng của một số tham
42
số đến kích thước, hình dạng khoang hơi, và quỹ đạo chuyển động của vật. Các hình ảnh và đồ thị được đưa ra để so sánh.