高溫火焰圖像處理比色測溫法的數(shù)值方法研究

來源：發(fā)布時(shí)間：2024-12-24

（論文部分內(nèi)容摘抄）

雙色測溫法是一種傳統(tǒng)的比色測溫法。近幾年,隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展,雙色測溫法開始和數(shù)字圖像處理技術(shù)結(jié)合起來,進(jìn)行高溫火焰溫度的測量。本文在理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上, 作為對(duì)雙色測溫法的改進(jìn),提出了一種迭代算法——雙色校正法,并將該方法應(yīng)用于面陣CCD 測量高溫火焰溫度分布的系統(tǒng)中。

高溫火焰的溫度場測量是燃燒領(lǐng)域一個(gè)極其重要的問題,它對(duì)于燃燒狀態(tài)的判斷、預(yù)測和診斷有著十分重要的意義。近幾年,隨著電子計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展,利用數(shù)字圖像處理技術(shù)重建溫度場成為可能,即利用彩色CCD(chargecoupleddevice,電荷耦合器件)獲取視頻信號(hào),經(jīng)過圖像卡量化處理后送入計(jì)算機(jī),再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理,獲得溫度分布的相關(guān)信息。這種測溫方法方便、可行,有著非接觸測溫法的所有優(yōu)點(diǎn),以它的火焰圖像監(jiān)測系統(tǒng)正日益成為火檢系統(tǒng)發(fā)展的主流。芬蘭、日本等國家已將該系統(tǒng)投入到電站運(yùn)行中,國內(nèi)的華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)等單位也開展了這方面的研究工作。當(dāng)前在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域常見的測溫方法有兩種:參考點(diǎn)測溫法和雙色測溫法。前者需用高溫?zé)犭娕紝?shí)測一參考點(diǎn)的溫度作為基準(zhǔn),這會(huì)帶來一些問題:

(1)不夠方便;

(2)未能徹底擺脫接觸式測溫法的種種限制;

(3)參考點(diǎn)在圖像上準(zhǔn)確定位困難,會(huì)帶來測量誤差。

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和它相比,雙色測溫法在方便性、可行性上更進(jìn)一步,但是精度不夠高。本文在理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,作為對(duì)雙色測溫法的改進(jìn),提出了雙色校正法。試驗(yàn)結(jié)果表明,這種方法準(zhǔn)確可行,有著廣闊的應(yīng)用前景。本文將詳述其測溫原理,并給出試驗(yàn)結(jié)果。

CCD簡介，彩色CCD攝像器件的色度學(xué)基礎(chǔ)是RGB3基色說。即根據(jù)人眼的視覺特征,選擇R (紅)、G(綠)、B(藍(lán))3種接近光譜單色的色源作為基色,當(dāng)它們按不同的比例疊加時(shí),就能模擬不同波長的單色光源法。相應(yīng)地,由CCD獲取的彩色火焰圖像在計(jì)算機(jī)內(nèi)是以像素為單位逐點(diǎn)存儲(chǔ)的。每一點(diǎn)存儲(chǔ)的信息量都包括了該點(diǎn)的R,G,B亮度值Re,Ge,Be。

為了能夠獲得真實(shí)的火焰圖像,本測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了傳像光纖內(nèi)窺式;為了所獲取的火焰圖像在高溫區(qū)也能夠高質(zhì)量地重現(xiàn)而不致于飽和,在傳像光纖前面配有一定衰減率;同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)CCD的超溫保護(hù),設(shè)計(jì)了冷卻系統(tǒng)和超溫退出保護(hù)裝置;此外,作為一個(gè)數(shù)字圖像采集系統(tǒng),還配有彩色單板CCD、圖像卡、控制計(jì)算機(jī)(為了滿足高速實(shí)時(shí)處理的需要,它應(yīng)配有一定存儲(chǔ)量和一定存儲(chǔ)速度的幀存儲(chǔ)器)以及監(jiān)視器。系統(tǒng)組成如圖1所示。作為比較,作者拍攝了一幅火焰圖像,用雙色高溫計(jì)實(shí)測了一些點(diǎn)的溫度,并對(duì)這些點(diǎn)的溫度用雙色法、雙色校正法分別進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果如圖2～圖4所示。圖2為拍攝的原始火焰圖像;圖3為用雙色校正法所算得的火焰“投影”溫度場,它直觀地反映了火焰的溫度分布情況;圖4則直觀地反映了雙色校正法和雙色法(用TB,R)的誤差比較情況。從圖4可以看出,這種方法極大地減小了雙色法的測溫誤差(雙色校正法的比較大誤差為48. 3℃,而雙色法的比較大誤差為94. 7℃;雙色校正法的比較大相對(duì)誤差為3.87%,而雙色法的比較大相對(duì)誤差為7. 44%)。

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