[發(fā)明專利]一種基于普通數(shù)字相機(jī)的實(shí)時(shí)在線火焰溫度測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010911213.5
• 申請(qǐng)日: 2020-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112102271B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊雙華;周辰琛;曹毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/30;G06T7/80
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明涉及火焰溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于普通數(shù)字相機(jī)的實(shí)時(shí)在線火焰溫度測(cè)量方法，包括如下步驟：用監(jiān)視相機(jī)和測(cè)溫相機(jī)同時(shí)對(duì)火焰拍攝；獲取火焰溫度與兩基色強(qiáng)度比值的關(guān)系曲線：通過(guò)求解優(yōu)化將測(cè)溫相機(jī)的圖像與監(jiān)視相機(jī)的圖像通過(guò)空間幾何變換關(guān)系轉(zhuǎn)化到同一坐標(biāo)系下，得到火焰溫度與監(jiān)視相機(jī)圖像中R、G、B通道所記錄的強(qiáng)度比值之間的關(guān)系曲線；實(shí)時(shí)讀取監(jiān)視相機(jī)拍攝圖像，根據(jù)溫度與兩基色強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線，獲得火焰的溫度。該方法該在不干擾相機(jī)正常運(yùn)行的情況下，能夠?qū)φ谑褂玫南鄼C(jī)實(shí)現(xiàn)在線標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)火焰溫度實(shí)時(shí)在線測(cè)量，完全避免了離線標(biāo)定監(jiān)視相機(jī)和對(duì)設(shè)備的改造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火焰溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于普通數(shù)字相機(jī)的實(shí)時(shí)在線火焰溫度測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在眾多工業(yè)上，如火力發(fā)電、鍋爐、瓦窯、冶金等一系列工業(yè)過(guò)程中，火焰的溫度場(chǎng)對(duì)于燃燒狀態(tài)的判斷有著非常重要的意義，只有通過(guò)對(duì)燃燒工況的準(zhǔn)確判斷才能正確地對(duì)工業(yè)過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而提高生產(chǎn)效率和過(guò)程穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，二維溫度場(chǎng)能夠反映火焰中心位置，結(jié)焦?fàn)顩r等有關(guān)燃燒工況的重要信息。

目前，對(duì)于火焰溫度場(chǎng)的測(cè)量，主要可分為兩種，一種是基于紅外光的熱成像技術(shù)，一種是基于可見(jiàn)光的數(shù)字圖像測(cè)溫技術(shù)。由于紅外熱像儀的價(jià)格昂貴，且對(duì)使用環(huán)境要求苛刻，在工業(yè)場(chǎng)景中應(yīng)用較少。基于數(shù)字圖像的測(cè)溫技術(shù)，設(shè)備成本低，且具有溫度上限高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)都是研究的熱點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)外提出了多種基于可見(jiàn)光數(shù)字圖像的測(cè)溫方法，但這些方法集中于針對(duì)不同場(chǎng)景，不同對(duì)象的燃燒機(jī)理的研究，且依賴專有儀器，采用實(shí)驗(yàn)室手段對(duì)不同物質(zhì)燃燒時(shí)的輻射特性進(jìn)行研究，建立相應(yīng)的機(jī)理模型完成測(cè)溫。(閆偉杰.基于光譜分析和圖像處理的火焰溫度及輻射特性檢測(cè)[D]；華中科技大學(xué),2014.管良兵.高動(dòng)態(tài)范圍的火焰溫度場(chǎng)分布的測(cè)量研究[D]；浙江大學(xué),2006.姚福安,龐向坤,焦?fàn)I營(yíng)基于三色法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回轉(zhuǎn)窯溫度檢測(cè)[J]山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)[J].2008,02):61-5.周懷春，婁新生，肖教芳，尹鶴齡，鄧元?jiǎng)P，顧一之，徐方靈，孫國(guó)俊.爐膛火焰溫度場(chǎng)圖象處理試驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1995,05):295-300.王亞飛.城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒火焰輻射特性及其燃燒優(yōu)化的研究[D]；浙江大學(xué),2019.薛禎禎.基于可見(jiàn)光輻射的垃圾焚燒爐火焰溫度檢測(cè)與燃燒診斷[D]；中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2016.)這些方法需要用到光譜儀和黑體爐等專業(yè)的儀器設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，以獲得火焰溫度和基色灰度值之間的關(guān)系。由于需要使用專業(yè)儀器，增加了測(cè)量成本，且使得操作復(fù)雜化，難以推廣使用。

公告號(hào)為CN101403639A公開(kāi)了一種火焰的溫度圖像及黑度圖像檢測(cè)方法，通過(guò)黑體爐標(biāo)定并進(jìn)行擬合獲得了火焰溫度與基色強(qiáng)度比值之間關(guān)系。且測(cè)量溫度受到黑體爐溫度范圍限制，且依然需要在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行標(biāo)定，沒(méi)法對(duì)正在使用的監(jiān)視相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。

公告號(hào)為CN106644102A公開(kāi)了一種基于CCD相機(jī)火焰溫度測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量可探測(cè)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的相對(duì)透過(guò)率，從而得到相機(jī)響應(yīng)效率曲線的辦法，使得標(biāo)定環(huán)節(jié)不需要使用黑體爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)溫范圍不受黑體爐限制，但仍然需要在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行。

目前所有的方法都需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行離線標(biāo)定，不能對(duì)工廠中正在使用的相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，然而，對(duì)應(yīng)已經(jīng)投用的設(shè)備或裝置，增加圖像測(cè)溫相機(jī)就必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，需要較大的改造產(chǎn)生。這些因素都造成了現(xiàn)有方法的實(shí)際應(yīng)用困難，使得數(shù)字圖像測(cè)溫相機(jī)的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種基于普通彩色數(shù)字相機(jī)的火焰溫度測(cè)量方法，該方法在不干擾相機(jī)正常運(yùn)行的情況下，能夠?qū)φ谑褂玫南鄼C(jī)實(shí)現(xiàn)在線標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)火焰溫度實(shí)時(shí)在線測(cè)量，完全避免了離線標(biāo)定監(jiān)視相機(jī)和對(duì)設(shè)備的改造。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于普通數(shù)字相機(jī)的實(shí)時(shí)在線火焰溫度測(cè)量方法，包括如下步驟：