专利名称：炉膛燃烧温度图像检测方法
技术领域：
本发明涉及温度检测方法，特别适合于煤粉燃烧炉膛火焰温度图像检测。
辐射图像处理技术和计算机技术应用于锅炉炉膛及其它工业炉膛燃烧监测、诊断与控制，目前越来越受到国内外的重视，理论研究和实验室试验已经开展多年，近年来逐步进入工业性试验研究阶段。国内外广泛采用的基本方法是双色法(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.)，这种方法需要获取火焰对象在两具或多个波长下的单色辐射图像，通过来自同一个方向的经过不同滤色片滤波后的单色辐射能量的比值计算对应方向的温度。这种方法的实现需要复杂的光、机、电装置，成本高、可靠性得不到充分保证。
浙江大学热能工程研究所提出了基于面阵CCD的火焰温度图像检测方法(王飞，薛飞等，运用彩色CCD测量火焰温度场研究及误差分析，热能动力工程，1998，13(2))，其原理是将彩色CCD摄取的红、绿、蓝三原色信号作为火焰在各自代表性波长下的单色辐射能，采用双色法原理进行温度图像检测。这种方法仅需检测彩色图像就可进行温度图像计算，结构简单，容易实现。但由于彩色三原色信息在图像处理时一般仅进行8bit处理(可以到10bit，但价格明显上升)，再加上摄取火焰图像时视角范围较宽、不同方向火焰对象温度变化很大，CCD彩色图像采集处理的动态适应范围很窄。也就是说，假如摄像视角范围火焰温度变化范围达到1000K至2000K，如需要2000K所对应的红色信号不饱和，图像采集装置不可能检测到1000K对应的蓝色信号(其量级远低于2000K下红色信号的1/256)；如需要检测到有效的1000K对应的蓝色信号，2000K下的红色、甚至绿色信号都将饱和(其量级远高于1000K下蓝色信号的256倍)。
本发明提供一种炉膛燃烧温度图像检测方法，其目的在于减少双色法温度图像检测方法和彩色图像采集、处理的复杂性，提高计算精度，加宽检测范围。本发明通过将彩色CCD摄像机摄取的炉膛燃烧火焰彩色图像转换为对应的灰度图像，再计算局部高温区域的参考温度，将整幅灰度图像转换为燃烧温度图像实现所述目的。
本发明的炉膛燃烧温度图像检测方法，采用高温镜头、彩色CCD摄像机获取炉膛燃烧火焰彩色图像，后续步骤为(1)将所述炉膛燃烧火焰图像转换为对应的灰度图像，各象素灰度GSi，j，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n，(2)计算所述灰度图像的平均灰度GSe，在所述灰度图像中任意选择参考温度检测区域，要求该区域平均灰度GSo大于GSe，(3)在红、绿、蓝三原色中任意选择两原色作为参考温度计算原色，计算参考温度检测区域所有象素第一参考温度计算原色的平均值Eλ1和第二参考温度计算原色的平均值Eλ2。
(4)计算参考温度T0T0＝C2(1/λ1-1/λ2)/ln(K(Eλ1/Eλ2)(λ2/λ1)5)式中C2为普朗克常数，彩色CCD摄像机对应第一参考温度计算原色响应曲线的最大响应值Res1，其对应的波长为λ1；彩色CCD摄像机对应第二参考温度计算原色响应曲线的最大响应值Res2，其对应的波长为λ2；K＝Res2/Res1，(5)根据所述灰度图像得到燃烧温度图像Ti,j=T0(GSi,j/GS0)1/4,i=1,2...,m;j=1,2,...,n.]]>所述的炉膛燃烧温度图像检测方法，所述参考温度检测区域可以小于等于整幅灰度图像有效范围的九千分一，甚至可以为单个象素。
所述的炉膛燃烧温度图像检测方法，将所述炉膛燃烧火焰图像转化为对应的灰度图像方法可以为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分别为某象素的红、绿、蓝色值。
本发明吸收了浙江大学热能工程研究所提出的基于面阵CCD的火焰温度图像检测方法的优点，仅从一幅彩色CCD幅射图像采集和处理即可得到温度图像检测结果，与之相比，虽然两者硬件组成相同，但由于图像处理方法改进，温度场计算精度大大提高、测量范围加大，因为即使为了保证高温区彩色图像不致饱和而使低温区某些象素接受到的三原色信号中蓝色和绿色信号为零，只要红色信号不为零，仍可计算出非零的灰度值，使用本方法就可以给出该点的温度检测值，基本满足测量要求。因而，本发明所需硬件结构较简单，温度测量可靠性和精度高、测量范围大，适用于电站等处锅炉炉膛燃烧温度检测。
权利要求
1.一种炉膛燃烧温度图像检测方法，采用高温镜头、彩色CCD摄像机获取炉膛燃烧火焰彩色图像，后续步骤为(1)将所述炉膛燃烧火焰图像转换为对应的灰度图像，各象素灰度GSi，j，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n，(2)计算所述灰度图像的平均灰度GSe，在所述灰度图像中任意选择参考温度检测区域，要求该区域平均灰度GSo大于GSe，(3)在红、绿、蓝三原色中任意选择两原色作为参考温度计算原色，计算参考温度检测区域所有象素第一参考温度计算原色的平均值Eλ1和第二参考温度计算原色的平均值Eλ2。(4)计算参考温度T0T0＝C2(1/λ1-1/λ2)/ln(K(Eλ1/Eλ2)(λ2/λ1)5)式中C2为普朗克常数，彩色CCD摄像机对应第一参考温度计算原色响应曲线的最大响应值Res1，其对应的波长为λ1；彩色CCD摄像机对应第二参考温度计算原色响应曲线的最大响应值Res2，其对应的波长为λ2；K＝Res2/Res1，(5)根据所述灰度图像得到燃烧温度图像；Ti,j=T0(GSi,j/GS0)1/4,i=1,2,...,m;j=1,2,...,n.]]>
2.如权利要求1所述的炉膛燃烧温度图像检测方法，其特征为所述参考温度检测区域小于等于整幅灰度图像有效范围的九千分一，甚至可以为单个象素。
3.如权利要求1或2所述的炉膛燃烧温度图像检测方法，其特征是将所述炉膛燃烧火焰图像转化为对应的灰度图像方法为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分别为某象素的红、绿、蓝色值。
全文摘要
炉膛燃烧温度图像检测方法,利用现有CCD摄像采集及计算机处理系统获得火焰彩色图像,再将其转换为灰度图像,任选一平均灰度大于灰度图像平均灰度的局部区域,根据其红、绿、蓝三原色中任意两个的信号比值计算出参考温度T0,灰度图像上其它象素对应温度与T0成正比,比例系数为其灰度值和T0所对应区域灰度之比值的0.25次方,得出温度图像。本发明所需硬件较简单,温度测量范围大、可靠性和精度高。
文档编号F23N5/08GK1308224SQ01106579
公开日2001年8月15日 申请日期2001年3月27日 优先权日2001年3月27日
发明者周怀春, 韩曙东 申请人:华中科技大学