专利名称：基于图像处理的烟气排放连续监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烟气排放监测系统，特别涉及一种基于图像处理的烟气排放连续监测系统。
背景技术：
现有的烟气排放连续监测系统(CEMS)主要基于前端烟气传感器测量气体浓度，多以进口传感器设备为核心构建，虽具有较高的测量精度，但成本及设备损耗均较高，且安装、维护不便。在功能上，这类系统仅输出单一的测量数据，而缺乏对排烟场所直观视觉信息的采集、显示和存储，不便于对排污进行全方位的监控和管理。一些大型工业企业同时安装烟气排放连续监测系统与排烟场所视频监控系统，不仅成本高昂，而且由于难以形成整合完善的监测管理平台(两套系统有各自的前端和终端)，而导致整体功效得不到充分发挥。
个别基于图像处理的烟气排放连续监测解决方案，只针对黑色烟气设计，无法有效检测、识别和测定红烟(含铁)、黄烟(含硫)等常见彩色烟气，适用范围十分有限。此外，由于采用预设的固定阈值进行烟气排放状态判别，缺乏对应用情境和外部环境的自适应和有效拟合，从而难以避免环境因素所导致的误报和漏报。
发明内容
鉴于传统烟气排放连续系统存在成本高、易损耗、安装维护不便、监测信息有限等缺点，本发明旨在提供一种便捷、高效、多功能的基于图像处理的烟气排放连续监测系统。即在视频监控系统的硬件基础上，采用数字图像处理技术，通过分析排烟场所的视频图像信息，对其烟气排放状态进行连续监测，并同时实现对排烟场所的视频监控(视频实时显示、录像及回放)。烟气监测与视频监控既在功能上紧密结合，又具有统一的终端软件平台，便于对排烟场所进行全方位的控制和管理。在技术上，该系统一方面充分利用视频监控系统所采集的彩色图像信息，能够检测和识别黑色、红色、黄色等多种特征的烟气，并分别对其浓度和排放状态做出测定。另一方面，通过大量现场实验和针对应用现场环境因素的自适应算法设计，有效减小了环境因素对烟气监测造成的影响，大大降低了系统的误报率和漏报率。
基于图像处理的烟气排放连续监测系统，由图像采集传输子系统(硬件)和CEMS管理子系统(软件)组成，如图1所示。图像采集传输子系统包括摄像机、视频光端机、视频采集卡等设备，通过光纤进行视频信息的传输。CEMS管理子系统包含图像预处理、图像分析、信息管理三个模块，分别对应于视频图像实时显示输出、烟气排放状态输出(排放超标则有报警输出)、历史数据及录像输出。
本发明采取的技术方案是一种基于图像处理的烟气排放连续监测系统，其特征在于，包括图像采集传输子系统和CEMS管理子系统，所述的图像采集管理系统包括摄像机、视频光端发射机、视频光端接收机及视频采集卡，所述的CEMS管理子系统包括图像预处理模块、图像分析模块及信息管理模块，所述的摄像机将视频模拟信号传输到视频光端发射机，再由视频光端发射机将模拟信号转换成光信号，且通过光纤传输到视频光端接收机，视频光端接收机将视频模拟信号转换成电信号传输到视频采集卡，视频采集卡将视频模拟信号转换成视频数字信号传输到图像预处理模块，图像预处理模块将图像信息送入图像分析模块进行分析处理，同时将图像信息送到视频显示端输出，图像分析模块对图像视频数字信号进行处理后送入信息管理模块，同时输出排烟状态，最后由信息管理模块输出视频数据和录像。
采取上述技术方案的本发明具有如下功能1.视频监控功能·可对排烟场所进行实时视频监控，在终端以一定帧速率实时显示视频图像；·可对视频源进行持续录像，每隔一定时间将其打包存储；·可对存储的录像资料按时间顺序进行查找和回放，录像回放与实时视频监控、烟气监测互不影响。
2.烟气监测功能·可对视频图像中所设监测区域内的烟气进行实时监测，对排放的红烟、黄烟、黑烟等有色烟气分别做出识别，并判断其浓度级别；·可根据当前烟气浓度级别和预定超标阈值，将监测结果分为“正常排放”/“临界超标排放”/“超标排放”三种排放状态，并分别予以标示；当监测到烟气排放超标时能够在界面中以闪烁的红灯做出报警(还可根据用户设定播放报警音频)，并强制触发录像；·可将烟气排放状态监测结果存入数据库，建立烟气排放日志管理库，可按时间、通道、排放状态等查询历史监测结果。
3.其它功能/性能要求·可同时对4通道视频源进行实时视频监控和烟气监测，各通道间互不影响；·可在监测过程中随时截取当前视频帧图像并存入图像数据库，按通道、采样时间和烟气排放状态归类；·可由用户在监测画面中设置一个或多个监测区域，支持不规则形状的区域划定；·可由用户在监测画面中设置参考区域，以其作为正常排放的标准，即超标阈值；·预留了可作为反馈控制的标准工业接口(4～20mA)；·可滤除应用环境中的白色烟气(水蒸气)等非污染排放，不对其进行报警。
本发明的优越性和技术效果如下1.采用非接触式的视频图像处理方法监测烟气排放状态，便于安装和维护；2.采用软件处理实现烟气浓度监测，与基于传感器的传统方案相比成本较低，可操作性、功能扩展性更强；3.可准确检测和识别白色、黑色、红色、黄色等多种颜色的烟气，具有较高的灵敏度和准确率；4.可对所识别的烟气进行浓度估测，估测浓度值与实际浓度具有较好的正相关性；5.可由用户选定参考区域，据此动态设定烟气排放状态(浓度)的判决阈值，保证了监测系统对环境变化的鲁棒性；6.将烟气监测系统与视频监控系统整合为一，同时提供对排烟场所的视频监控和烟气监测，并统一由信息管理软件控制。
图1是基于图像处理的烟气排放连续监测系统框图并作为摘要附图。
图2是图1中图像分析模块流程图。
图3是图1中CEMS管理子系统主界面示意图。
具体实施例方式
如图1所示，前端摄像机采集的模拟视频信息通过光纤通信传至本地，经视频采集卡转换为数字视频信息，即数字图像序列。在接下来的图像预处理中，成序列的数字图像先由YUV格式转换为RGB格式，再通过滤波、锐化、直方图变换等必要处理，增强其图像质量，进而以一定的帧速率在软件界面中实时显示。
后续的图像分析模块是实现烟气监测功能的核心所在，处理步骤如下1.首先获取用户设置的参考区域(规定为8×8像素尺寸)和监测区域；2.根据用户设置的参考区域和监测区域，在预处理后的当前帧图像中分别作出区域的定位和像素提取；3.对8×8参考区域内各像素，根据其RGB值计算色度和饱和度(统称为颜色特征)，以各像素颜色特征的中值作为整个参考区域的颜色特征；4.将监测区域划分为一定数量的8×8子区域，仿照步骤3计算各子区域的颜色特征，再取各子区域颜色特征的统计均值作为监测区域的颜色特征；5.对监测区域的各子区域，计算监测区域颜色特征与参考区域颜色特征之间的差异量(即在颜色轮上的距离)；6.根据用户设置的灵敏度级别，判定监测区域颜色特征与参考区域颜色特征之间的差异量是否超过阈值；即判定当前图像所描述的排烟场所内烟气排放是否超标；7.如果正常则输出当前烟气排放状态，如果超标则进一步输出报警信息(软件界面中显示闪烁的红灯，同时播放用户预设的音频文件)，并启动报警录像；8.将通道号、日期、时间、烟气排放状态等信息存入数据库，供信息管理模块调用。
在具体实施中，该系统用于监测炼钢厂、炼铁厂、焦化厂的烟气排放状态，针对红烟、黄烟、黑烟等有色烟气进行识别，并对其浓度做出估测，与阈值比对作出排放状态判断。
权利要求
1.一种基于图像处理的烟气排放连续监测系统，其特征在于，包括图像采集传输子系统和CEMS管理子系统，所述的图像采集管理系统包括摄像机、视频光端发射机、视频光端接收机及视频采集卡，所述的CEMS管理子系统包括图像预处理模块、图像分析模块及信息管理模块，所述的摄像机将视频模拟信号传输到视频光端发射机，再由视频光端发射机将模拟信号转换成光信号，且通过光纤传输到视频光端接收机，视频光端接收机将视频模拟信号转换成电信号传输到视频采集卡，视频采集卡将视频模拟信号转换成视频数字信号传输到图像预处理模块，图像预处理模块将图像信息送入图像分析模块进行分析处理，同时将图像信息送到视频显示端输出，图像分析模块对图像视频数字信号进行处理后送入信息管理模块，同时输出排烟状态，最后由信息管理模块输出视频数据和录像。
2.如权利要求1所述的一种基于图像处理的烟气排放连续监测系统，其特征在于，所述的图像分析模块的处理步骤如下(1).首先获取用户设置的参考区域和监测区域；(2).根据用户设置的参考区域和监测区域分别作出区域的定位和像素提取；(3).对参考区域内各像素根据其RGB值计算颜色特征，以各像素颜色特征的中值作为整个参考区域的颜色特征；(4).将监测区域划分为一定数量的子区域，仿照步骤3计算各子区域的颜色特征，再取各子区域颜色特征的统计均值作为监测区域的颜色特征；(5).计算监测区域颜色特征与参考区域颜色特征之间的差异量；(6).根据用户设置的灵敏度级别，判定监测区域颜色特征与参考区域颜色特征之间的差异量是否超过阈值；(7).如果正常则输出当前烟气排放状态，如果超标则进一步输出报警信息，并启动报警录像；(8).将烟气排放状态信息存入数据库，供信息管理模块调用。
全文摘要
本发明涉及一种烟气排放监测系统，特别涉及一种基于图像处理的烟气排放连续监测系统。该系统包括图像采集传输子系统和CEMS管理子系统，图像采集管理系统包括摄像机、视频光端发射机、视频光端接收机及视频采集卡，CEMS管理子系统包括图像预处理模块、图像分析模块及信息管理模块，采用非接触式的视频图像处理方法监测烟气排放状态，便于安装和维护；其成本较低，可操作性、功能扩展性更强；具有较高的灵敏度和准确率；可对所识别的烟气进行浓度估测，可由用户选定参考区域，保证了监测系统对环境变化的鲁棒性；将烟气监测系统与视频监控系统整合为一，同时提供对排烟场所的视频监控和烟气监测，并统一由信息管理软件控制。
文档编号G08B21/00GK1975392SQ20061013050
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者王东江, 李秀云, 符灵建, 郝强, 刘建辉, 刘哲, 闫影 申请人:天津市电视技术研究所