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Verschiedene Verfahren zur Visualisierung und Größenbestimmung von Gasblasen in Wasser

Balschbach, Günther

Thesis supervisor(s)

Jähne, Bernd

In der vorliegenden Arbeit werden Visualisierungsverfahren zur Größenmessung von Gasblasen
in Wasser vorgestellt. Die mit einer Videokamera gewonnenen Bilddaten werden dabei mittels
digitaler Bildverarbeitung ausgewertet. Neben der experimentellen Überprüfung der Eichung
des bestehenden Hellfeldverfahrens von [Geißler-93] wird die Entwicklung einer alternativen
Dunkelfeld-Technik beschrieben.
Im Gegensatz zu den meisten bisher verwendeten Methoden zur Blasenvermessung ermöglicht
die vorgestellte Dunkelfeldtechnik anhand des charakteristischen Bildes, das eine Blase erzeugt,
eine eindeutige Unterscheidung von anderen Objekten, die sich im Meßvolumen befinden. Es
werden zwei Möglichkeiten beschrieben, um eine Dunkelfeldbeleuchtung zu realisieren. Zusätz
lich ermöglicht ein kombinierter Aufbau die gleichzeitige Messung bei Hell- und Dunkelfeldbe
leuchtung mit zwei Kameras. Entscheidend ist die Möglichkeit, den Blasendurchmesser auch bei
unscharfer Abbildung bestimmen zu können. Dazu wurden für Hellfeld-, Dunkelfeld- und Kom
binationsverfahren jeweils Meßreihen durchgeführt, bei denen Blasen verschiedener Durchmes
ser entlang der optischen Achse verschoben wurden. Eigens angefertigte Standards garantierten
die unveränderte Blasengröße während der Messung. Für das Hellfeldverfahren konnte daraus
die Gültigkeit der von [Geißler-93] berechneten Eichkurven und des berechneten Meßvolumens
bestätigt werden. Darüberhinaus ergaben sich neue Erkenntnisse über die Rauschempfindlichkeit
der verwendeten Algorithmen. Die Intensitätsschwankungen der verwendeten Halogenglühlam
pe konnte als Hauptursache des Rauschens identifiziert werden. Aus den Dunkelfeldmessungen
wurde ein Konzept für eine automatische Bildanalyse entwickelt. Es zeigte sich ein linearer Zu
sammenhang zwischen dem Durchmesser der unscharf abgebildeten Blasen und deren Abstand
zur Fokusebene. Aus der Unscharfe kann dieser Abstand bestimmt werden. Das Größenverhältniss
der Ringstrukturen, die eine Blase erzeugt, ermöglicht es, ihre Lage bezüglich der Fokusebene
zu erhalten.

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