柴油机一直以其良好的热效率在各领域被广泛的应用。作为混合气形成的主要手段,燃油的喷雾特性对其经济性与排放特性有重要的影响。由于柴油喷雾的高瞬态、强湍流特征,需要采用准确可靠的测量方法对其进行深入研究分析。本文以纹影成像原理为基础,设计并搭建光学成像系统,对柴油喷雾锥角以及贯穿距等宏观特征的测量效果进行实验研究。调整光路原件中的滤光片波长范围、光栅尺寸、刀口布置、透镜相对位置等因素,优化高速摄影机获取的喷雾图像质量。同时,为进一步准确提取喷雾图像中的有效信息,提高测试精度,本文提出一种新型数字图像处理方法:仅提取喷雾图像中油束边界信息,以此确定喷雾贯穿距和喷雾锥角。针对喷雾图像中油束边缘卷吸难以识别这一难点,本文在预处理中通过图像作差法获取完整燃油喷雾油束,以中值滤波过滤图像噪点,将RGB图像转换为灰度图以简化后期处理过程,以大律法结合二阶Canny算子获取喷雾轮廓线,以开运算对图像进行数学形态学处理,以霍夫变换拟合油束轮廓边界线,最终量化图像坐标,提取喷雾宏观特性,随后的校核实验证实本方法具有较高测量精度。为进一步验证本测量方法在柴油喷雾研究中的可行性,以柴油单次喷雾实验平台为基础,在不同油泵转速、喷射背压、喷孔直径等条件下,对喷雾宏观特性的动态发展过程进行测量分析,结果证实:同一喷射条件下,随时间的发展喷雾锥角呈先增大后趋于平稳的趋势,喷雾贯穿距则逐渐增大,且增长幅度逐渐减缓;随油泵转速的增大,喷雾锥角和喷雾贯穿距都逐渐增大;随喷射背压的增大,喷雾锥角逐渐增大,而贯穿距逐渐减小;随喷孔直径的增大,喷雾锥角和贯穿距均逐渐增大。实验结果与喷雾学理论完全一致,证实本方法在柴油喷雾宏观特性研究中具有良好的可行性。