Estimación de la velocidad de un frente de hielo en una solución diluida mediante técnicas de procesamiento de imágenes

La crio-concentración o concentración por congelación es una tecnología prometedora de purificación de agua debido a su bajo consumo de energía en comparación con procedimientos tradicionales como la evaporación. El control de la cristalización y en particular la velocidad de crecimiento de los cristales es un factor clave para un proceso exitoso de crio-concentración. En este trabajo se propone un sistema de procesamiento de imágenes que permite estimar la velocidad del frente de hielo a partir de una secuencia de imágenes. Para probar el sistema se utilizaron cuatro tipos de soluciones de baja concentración y mediante un montaje experimental se generó un conjunto de datos de imágenes para el análisis del fenómeno. Para el procesamiento de la secuencia de imágenes se utilizaron técnicas estándar de procesamiento tales como el realce, la segmentación, la identificación de estructuras pertinentes o primitivas, así como la estimación de la velocidad a partir de la correspondencia de estas primitivas. Se concluye que se ha encontrado una combinación de algoritmos adecuada para la identificación del frente de hielo en soluciones diluidas. Los resultados obtenidos, por medio de la estimación de la velocidad de crecimiento del frente de hielo, están de acuerdo con los calculados con el modelo físico, y muestran que a medida que el frente de hielo avanza, la velocidad de desplazamiento disminuye.

Introducción -- 1. Antecedentes y estado de la cuestión -- 1.1 Técnicas para la purificación de agua -- Identificación de la capa de hielo -- 1.3 Aplicaciones de monitoreo de fenómenos físicos mediante procesamiento de imágenes -- 2, Materiales y métodos -- 2.1 Descripción del montaje físico del sistema -- 2.1.1 Contenedor de enfriamiento y solución con concentración de sólidos -- 2.1.2 Sistema de enfriamiento -- 2.1.3 Cámara fotográfica -- 2.2 Adquisición y creación del conjunto de datos de imágenes -- 2.2.3 Protocolo usado para la creación de las referencias -- 2.3 Técnicas de procesamiento de imágenes utilizadas -- 2.3.1 Realce del contraste de la imagen -- 2.3.2 Segmentación de la imagen -- 2.3.3 Textura de la imagen -- 2.3.4 Extracción de objetos y primitivas -- 2.3.5 Caracterización del frente de hielo y estimación de su velocidad -- 2.4 Diseño de los experimentos -- 2.4.1 Experimento de detección del frente de hielo -- 2.4.2 Evaluación de la detección del frente de hielo -- 2.4.3 Experimentos de estimación de la velocidad del frente de hielo -- 2.4.4. Evaluación de la estimación del desplazamiento de frente de hielo -- 3. Resultados -- 3.1 Resultados del realce de contraste -- 3.1.1 Resultados del realice de contraste usando la ecualización del histograma -- 3.1.2 Resultados del realce de contraste usando el ajuste de intensidad -- 3.2 Extracción de la textura -- 3.3.1 Resultados de la detección del frente de hielo (experimento 1) -- 3.3.2 Resultados de la detección del frente de hielo (experimento 2) -- 3.3.3 Resultados de la detección del frente de hielo -- 3.4 Evaluación del método de la detección del frente de hielo -- 3.5 Estimación de la velocidad del frente de hielo -- 3.5.1 Ilustración del método de la estimación de la velocidad del frente de hielo -- 3.5.2 Comparación de la estimación de velocidad del frente de hielo para los tres experimentos -- 4. Discusión -- Conclusiones -- Trabajo futuro