本发明用于监测灼热丝试验中灼热丝火焰的高度，可以实时准确地测量实验过程中任意时刻的火焰高和火焰的持续时间。
背景技术：
电子电器零、部件在故障或过载等条件下可能达到过高的温度而存在引起着火的危险。灼热丝试验就是模拟过载的电阻之类的热源或点火源在在短时间内对样品施加热应力，通过观察和测量，以此来评定样品的着火危险性。灼热丝试验是检验电工电子产品中绝缘材料耐燃性能重要的试验项目。灼热丝试验主要是为了测试绝缘材料在试验条件下，起燃后的火焰高度和持续时间，其试验方法和合格判定在国标gb5169.10，gb5169.11，gb5169.12，gb5169.13中明确规定。目前的测量火焰高度和持续时间的测量方式是肉眼观测标尺刻度，从而估算火焰高度，由于肉眼分辨力有限而且易受实验环境干扰，所以测量的误差较大。
灼热丝火焰是在标准大气压下，由固体绝缘材料和该绝缘材料经受高温而固气相变产生的可燃气体作为燃料，空气作为助燃气体的条件下形成的。火焰的本质是放热反应中反应区周边空气分子加热而高速运动，从而发光的现象，根据温度和亮度的差异可分为内层、中层和外层。在灼热丝火焰检测和火焰高度测量中，需要测量的是灼热丝上缘与火焰外层顶部之间的垂直距离，然而由于灼热丝火焰外层火焰温度极高（2700oc）其光谱集中在紫外区，这使得人眼不能对其进行分辨，而实际能观测到的只是光谱集中在可见区的内焰部分，所以无法准确测量灼热丝火焰的实际高度。
在灼热丝火焰图像中，外层火焰的温度和亮度都是最高的，虽然其光谱集中在不可见区，但可以通过提取火焰图像中的亮度特征，并结合轮廓提取技术将需要测量其高度的外层火焰提取出来，进而实现对灼热丝火焰高度的准确测量。本发明就是基于上述思路，提出了一种基于数字图像处理方法和轮廓提取技术的灼热丝火焰高度测量方法，并综合图像采集系统设计了一种实时、高准确度的灼热丝火焰检测系统，而且在stm32f407型单片机上进行了实现。
技术实现要素：
1、系统设计原理
本发明所设计的一种新型灼热丝火焰监测系统主要为了实现两种功能:（1）测量灼热丝火焰持续的时间长度；（2）准确测量（误差范围在）某一时刻灼热丝火焰的高度。为了实现以上功能，本系统设计了图像采集与传输模块、基于stm32f407型单片机的数据处理与监测结果输出模块。此检测系统实际工作时首先通过图像采集系统（网络摄像机）获取灼热丝实验图像，然后通过通信端口将采集的数据传输给数字图像处理模块（单片机），此环节根据灼热丝火焰图像的主要噪声干扰和火焰图像轮廓特征，并为了兼顾系统的实时性和准确度，综合应用了灰度处理、亮度范围截取、中值滤波去噪和canny边缘提取方法，以完成对灼热丝火焰外层轮廓的完整、准确提取，进而实现对灼热丝火焰高度的高精度测量。最后根据图像采集起始时刻和采样间隔标定采样时间，绘制火焰高度拟合曲线，其中火焰高度不为零的采样点的持续时间即为灼热丝火焰持续时间。本系统的图像采集模块每秒钟可采集10帧图像，所以通过本系统得到的火焰持续时间的测量误差不会大于0.1秒。
1.1火焰轮廓提取
此系统的灼热丝火焰图像处理模块为本监测系统的核心部分，此模块包含了多项图像处理环节，所系需要对其进行重点说明。图像处理模块包括灰度处理、亮度范围截取、中值滤波去噪和canny边缘提取方法四个环节：
1）在火焰图像中，火焰部分相对于背景部分有着明显的亮度差异，为了提取出火焰的这一重要特征，需要先对图像进行灰度处理。
2）经过灰度处理后的每一个像素都只含有进行了(0255)之间的量化后的亮度值信息。需要进行提取用于火焰高度测量的外层火焰其亮度值最大，为了保留此部分图像需要对灰度图像进行了灰度范围截取，灰度截取的基本原理为：选取原图像中亮度值处于某一范围的像素，并将此部分像素的亮度值重新扩展到（0255）。
3）在灼热丝火焰图像获取的过程中，外部电磁干扰、机械的振动和传输介质的缺陷会产生一些噪声干扰，称为椒盐噪声。噪声干扰会严重影响图像质量和后续边缘提取的准确度，所以需要对火焰图像进行滤波处理。根据噪声特点本系统采用了中值滤波方法对图像进行滤波处理。
4）在图像轮廓提取环节可选择的方法主要有：sobel算子、roberts算子、prewitt算子、laplace算子和canny算子，相比之下canny算子具有以下明显优势：（1）能完整提取出涵盖图像边缘的轮廓。（2）具有较强的抑制噪声作用。（3）产生虚假边缘概率低。综合上述优点本系统中选用了canny算子进行火焰图像轮廓提取。
综合以上四步即可提取出灼热丝试验图像的火焰轮廓。
1.2火焰高度计算
本系统对于某一时刻火焰高度的测算是根据火焰轮廓提取结果实现的。在火焰轮廓提取结果中，火焰轮廓点的灰度值都大于零，而其余点的灰度值都为零，所以可以分别以纵坐标大于零为条件（像素点的纵坐标对应灰度值）对火焰轮廓提取结果进行正向和逆向搜索，设正向搜索得到的第一点为p1（x1,y1），逆向搜索得到的第一点为p2(x2,y2)，并用l表示在试验条件下的一帧图像所对应的实际高度，用h代表一帧图像中图像顶部点的纵坐标和底部点的纵坐标的差值，则火焰高度的测算值hp可以表示为：
hp=(y1-y2)*l/h
hp为某一时刻的灼热丝试验火焰图像的高度，已试验持续时段为横坐标，相应时刻的hp为纵坐标即可得到灼热丝试验的火焰高度的拟合曲线，其中hp>0对应的时间长度即为火焰的持续时长。
2、系统实现
本系统在stm32f407型单片机上对上述图像处理算法和火焰高度测量方法进行了实现，图像处理与计算流程图如图1。具体处理流程为:首先通过网络摄像机采集试验图像，然后将采集到的数字图像传输给单片机，单片机再根据1.1所述处理步骤提取图像轮廓，然后根据1.2所属方法计算火焰高度，最后将处理结果显示在灼热丝的触控屏上。
附图说明
图1为灼热丝火焰轮廓提取处理流程图；
图2为灼热丝火焰监测系统框图。
具体实施方式
1、通过网络摄像机采集灼热丝似焰图像。
2、网络摄像机以数字图像形式传输给单片机。
3、单片机对于接收到的每一帧图像依次进行灰度处理、灰度范围截取、中值滤波去噪和canny轮廓提取。
4、根据1.2节所述方法计算每一帧图像的火焰高度，并计算出火焰持续时间长度。
5、单片机将试验结果传输给灼热丝的触控屏进行显示。