專利名稱：爐膛燃燒溫度圖像檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度檢測方法，特別適合于煤粉燃燒爐膛火焰溫度圖像檢測。
輻射圖像處理技術(shù)和計算機技術(shù)應用于鍋爐爐膛及其它工業(yè)爐膛燃燒監(jiān)測、診斷與控制，目前越來越受到國內(nèi)外的重視，理論研究和實驗室試驗已經(jīng)開展多年，近年來逐步進入工業(yè)性試驗研究階段。國內(nèi)外廣泛采用的基本方法是雙色法(例如，Y.Huang，Y.Yan andG.Riley，Vision-based measurement of temperature distribution in a500-kW model fumace using the two-color method，Measurement，2000，28175-183.)，這種方法需要獲取火焰對象在兩具或多個波長下的單色輻射圖像，通過來自同一個方向的經(jīng)過不同濾色片濾波后的單色輻射能量的比值計算對應方向的溫度。這種方法的實現(xiàn)需要復雜的光、機、電裝置，成本高、可靠性得不到充分保證。
浙江大學熱能工程研究所提出了基于面陣CCD的火焰溫度圖像檢測方法(王飛，薛飛等，運用彩色CCD測量火焰溫度場研究及誤差分析，熱能動力工程，1998，13(2))，其原理是將彩色CCD攝取的紅、綠、藍三原色信號作為火焰在各自代表性波長下的單色輻射能，采用雙色法原理進行溫度圖像檢測。這種方法僅需檢測彩色圖像就可進行溫度圖像計算，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。但由于彩色三原色信息在圖像處理時一般僅進行8bit處理(可以到10bit，但價格明顯上升)，再加上攝取火焰圖像時視角范圍較寬、不同方向火焰對象溫度變化很大，CCD彩色圖像采集處理的動態(tài)適應范圍很窄。也就是說，假如攝像視角范圍火焰溫度變化范圍達到1000K至2000K，如需要2000K所對應的紅色信號不飽和，圖像采集裝置不可能檢測到1000K對應的藍色信號(其量級遠低于2000K下紅色信號的1/256)；如需要檢測到有效的1000K對應的藍色信號，2000K下的紅色、甚至綠色信號都將飽和(其量級遠高于1000K下藍色信號的256倍)。
本發(fā)明提供一種爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，其目的在于減少雙色法溫度圖像檢測方法和彩色圖像采集、處理的復雜性，提高計算精度，加寬檢測范圍。本發(fā)明通過將彩色CCD攝像機攝取的爐膛燃燒火焰彩色圖像轉(zhuǎn)換為對應的灰度圖像，再計算局部高溫區(qū)域的參考溫度，將整幅灰度圖像轉(zhuǎn)換為燃燒溫度圖像實現(xiàn)所述目的。
本發(fā)明的爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，采用高溫鏡頭、彩色CCD攝像機獲取爐膛燃燒火焰彩色圖像，后續(xù)步驟為(1)將所述爐膛燃燒火焰圖像轉(zhuǎn)換為對應的灰度圖像，各象素灰度GSi，j，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n，(2)計算所述灰度圖像的平均灰度GSe，在所述灰度圖像中任意選擇參考溫度檢測區(qū)域，要求該區(qū)域平均灰度GSo大于GSe，(3)在紅、綠、藍三原色中任意選擇兩原色作為參考溫度計算原色，計算參考溫度檢測區(qū)域所有象素第一參考溫度計算原色的平均值Eλ1和第二參考溫度計算原色的平均值Eλ2。
(4)計算參考溫度T0T0＝C2(1/λ1-1/λ2)/ln(K(Eλ1/Eλ2)(λ2/λ1)5)式中C2為普朗克常數(shù)，彩色CCD攝像機對應第一參考溫度計算原色響應曲線的最大響應值Res1，其對應的波長為λ1；彩色CCD攝像機對應第二參考溫度計算原色響應曲線的最大響應值Res2，其對應的波長為λ2；K＝Res2/Res1，(5)根據(jù)所述灰度圖像得到燃燒溫度圖像Ti,j=T0(GSi,j/GS0)1/4,i=1,2...,m;j=1,2,...,n.]]>所述的爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，所述參考溫度檢測區(qū)域可以小于等于整幅灰度圖像有效范圍的九千分一，甚至可以為單個象素。
所述的爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，將所述爐膛燃燒火焰圖像轉(zhuǎn)化為對應的灰度圖像方法可以為GSi，j＝0.11Ri，j+0.59Gi，j+0.3Bi，j，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…n，式中Ri，j、Bi，j分別為某象素的紅、綠、藍色值。
本發(fā)明吸收了浙江大學熱能工程研究所提出的基于面陣CCD的火焰溫度圖像檢測方法的優(yōu)點，僅從一幅彩色CCD幅射圖像采集和處理即可得到溫度圖像檢測結(jié)果，與之相比，雖然兩者硬件組成相同，但由于圖像處理方法改進，溫度場計算精度大大提高、測量范圍加大，因為即使為了保證高溫區(qū)彩色圖像不致飽和而使低溫區(qū)某些象素接受到的三原色信號中藍色和綠色信號為零，只要紅色信號不為零，仍可計算出非零的灰度值，使用本方法就可以給出該點的溫度檢測值，基本滿足測量要求。因而，本發(fā)明所需硬件結(jié)構(gòu)較簡單，溫度測量可靠性和精度高、測量范圍大，適用于電站等處鍋爐爐膛燃燒溫度檢測。
權(quán)利要求
1.一種爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，采用高溫鏡頭、彩色CCD攝像機獲取爐膛燃燒火焰彩色圖像，后續(xù)步驟為(1)將所述爐膛燃燒火焰圖像轉(zhuǎn)換為對應的灰度圖像，各象素灰度GSi，j，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n，(2)計算所述灰度圖像的平均灰度GSe，在所述灰度圖像中任意選擇參考溫度檢測區(qū)域，要求該區(qū)域平均灰度GSo大于GSe，(3)在紅、綠、藍三原色中任意選擇兩原色作為參考溫度計算原色，計算參考溫度檢測區(qū)域所有象素第一參考溫度計算原色的平均值Eλ1和第二參考溫度計算原色的平均值Eλ2。(4)計算參考溫度T0T0＝C2(1/λ1-1/λ2)/ln(K(Eλ1/Eλ2)(λ2/λ1)5)式中C2為普朗克常數(shù)，彩色CCD攝像機對應第一參考溫度計算原色響應曲線的最大響應值Res1，其對應的波長為λ1；彩色CCD攝像機對應第二參考溫度計算原色響應曲線的最大響應值Res2，其對應的波長為λ2；K＝Res2/Res1，(5)根據(jù)所述灰度圖像得到燃燒溫度圖像；Ti,j=T0(GSi,j/GS0)1/4,i=1,2,...,m;j=1,2,...,n.]]>
2.如權(quán)利要求1所述的爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，其特征為所述參考溫度檢測區(qū)域小于等于整幅灰度圖像有效范圍的九千分一，甚至可以為單個象素。
3.如權(quán)利要求1或2所述的爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，其特征是將所述爐膛燃燒火焰圖像轉(zhuǎn)化為對應的灰度圖像方法為GSi，j＝0.11Ri，j+0.59Gi，j+0.3Bi，j，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…n，式中Ri，j、Bi，j分別為某象素的紅、綠、藍色值。
全文摘要
爐膛燃燒溫度圖像檢測方法,利用現(xiàn)有CCD攝像采集及計算機處理系統(tǒng)獲得火焰彩色圖像,再將其轉(zhuǎn)換為灰度圖像,任選一平均灰度大于灰度圖像平均灰度的局部區(qū)域,根據(jù)其紅、綠、藍三原色中任意兩個的信號比值計算出參考溫度T0,灰度圖像上其它象素對應溫度與T0成正比,比例系數(shù)為其灰度值和T0所對應區(qū)域灰度之比值的0.25次方,得出溫度圖像。本發(fā)明所需硬件較簡單,溫度測量范圍大、可靠性和精度高。
文檔編號F23N5/08GK1308224SQ01106579
公開日2001年8月15日 申請日期2001年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月27日
發(fā)明者周懷春, 韓曙東 申請人:華中科技大學