[發明專利]基于ROI平均圖像分析的燃氣加熱爐火焰實時監測方法

有效

• 申請號: 201610003291.9
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105678295B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 徐望明;伍世虔;邱奕敏;鄭超兵
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06K9/20
• 分類號: G06K9/20;G06K9/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了屬于工業加熱爐火焰視頻監控領域的一種基于ROI平均圖像分析的燃氣加熱爐火焰實時監測方法。包括以下步驟：1)采用人機交互方式設置火焰感興趣區域(ROI)；2)從火焰監控視頻流中提取ROI圖像并計算平均圖像；3)對ROI平均圖像進行預處理，包括平滑去噪、閾值分割、形態學處理，確定最可能的火焰像素區域；4)從預處理結果圖像中提取火焰特征，包括火焰區域面積、平均亮度、質心和火焰顏色主成分；5)綜合分析火焰特征，建立判定規則，自動識別火焰燃燒狀態并輸出；6)利用歷史數據建立離線自學習模型，優化系統參數，提升方法的魯棒性。本發明可用于對單火嘴或多火嘴燃氣加熱爐燃燒工況進行實時監控，為工業生產提供安全保障。

技術領域

本發明屬于工業加熱爐火焰視頻監控領域，具體涉及一種基于ROI平均圖像分析的燃氣加熱爐火焰實時監測方法。

背景技術

燃氣加熱爐在石油、化工、鋼鐵等生產企業中地位舉足輕重，火焰燃燒狀況是其工況最直接的反映，一般要求保證火焰充分、穩定地燃燒，避免因爐膛熄火而引發安全事故。因此要在生產過程中對爐膛火焰燃燒狀況進行實時監測，在工況異常時及時提供報警信息并采取應對措施。目前已有的火焰自動監測手段，常采用單點的紫外線、紅外線或可見光光電傳感元件，利用火焰亮度或閃爍頻率來判斷火焰燃燒狀況，輸出開關量為監控處理系統提供判斷依據，存在探頭視角小、易被煙灰玷污、參數整定困難、易被火焰串擾現象影響等諸多問題，其誤報率和漏報率較高。隨著計算機技術的飛速發展，基于視頻/圖像處理的爐膛火焰監測技術不僅看火直觀、形象，而且能充分發揮計算機強大的計算處理能力，自動采集圖像、提取火焰特征、進行燃燒診斷、存儲事故圖像等。國內外現有火焰視頻監測系統主要用于燃煤或燃油工業加熱爐火焰的監測，已有的圖像處理方法并不適用于燃氣工業加熱爐的火焰監測，尤其對于多火嘴燃氣工業加熱爐，面臨火嘴之間存在的嚴重火焰串擾問題，現有圖像處理方法無法準確給出燃燒狀態的自動判別結果。隨著工業攝像機分辨率提高，對采集到的監控視頻流進行全分辨率圖像處理分析的計算量較大，實現實時處理分析的難度也相應增大，這也需要更有效的圖像處理方法實現火焰的實時監測，并準確判定火焰的燃燒狀態。

發明內容

本發明旨在解決上述問題，針對以煤氣或天然氣為燃料的工業加熱爐，提出一種基于ROI平均圖像分析的爐膛火焰實時監測方法。其主要特點在于：對耐高溫成像系統采集到的爐膛火焰視頻流，采用人機交互方式選定火焰感興趣區域(ROI，Region of Interest)并僅對ROI圖像進行處理分析，提高了計算效率；在計算ROI平均圖像的基礎上通過一系列圖像預處理算法進一步準確定位最可能的火焰像素區域，據此提取有效的燃氣火焰特征量，并制定了相應特征分析策略給出實時的燃燒狀態判定結果；通過不斷積累的歷史數據建立離線自學習模型，優化系統分析參數，提高方法魯棒性，給工業生產提供了安全保障。

本發明提供的一種基于ROI平均圖像分析的燃氣加熱爐火焰實時監測方法，可以用于單火嘴或多火嘴燃氣加熱爐。存在多火嘴時，使耐高溫成像系統的探火鏡頭以適當視角俯視爐膛，可依據火嘴分布情況以火嘴燃燒火焰不遮擋為原則采集多路視頻信號，每路視頻監控一個火嘴區域或相鄰的多個火嘴區域，對每個火嘴區域選定其ROI圖像進行處理分析。

具體而言，本發明提供的一種基于ROI平均圖像分析的燃氣加熱爐火焰實時監測方法，包括以下步驟：