[發(fā)明專利]一種基于混沌特性分析的火焰燃燒穩(wěn)定性識別方法

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• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113792811A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設計）人: 陳華;張小剛;姜羽;王煉紅
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N7/08
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉加

一種基于混沌特性分析的火焰燃燒穩(wěn)定性識別方法，包括步驟1)選取某一時間段的帶有類標的火焰視頻作為訓練樣本，選取另一時間段待測穩(wěn)定性的火焰視頻作為測試樣本；提取訓練樣本和測試樣本的每一幀火焰圖像，計算火焰圖像的平均灰度值，形成火焰視頻光照序列；步驟2)依次對訓練樣本和測試樣本的火焰視頻光照序列進行高維相空間重構、可視化遞歸圖、提取紋理特征以及降維處理，而后選取訓練樣本的主成分特征及其類標輸入分類器中進行訓練，得到訓練好的分類器；步驟3)將測試樣本的主成分特征輸入至已訓練好的分類器中，判斷測試樣本中火焰燃燒的穩(wěn)定性。本發(fā)明采用遞歸圖紋理特征反應火焰光照序列的動態(tài)特性，從而有效判斷火焰燃燒的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及燃燒穩(wěn)定性檢測技術領域，尤其指一種基于混沌特性分析的火焰燃燒穩(wěn)定性識別方法。

背景技術

火焰燃燒時的不穩(wěn)定工況會導致不均勻的熱分布、低效率和高污染物排放。維持窯爐的穩(wěn)定燃燒，能夠提高能源利用率，降低廢氣污水的排放，促進國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，及時準確地檢測出不穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)是業(yè)內非常重視的一個問題。

目前，檢測窯爐火焰溫度的穩(wěn)定性主要采用物理測量法，具體來說，是采用紅外傳感、聲壓計和熱電偶等對火焰穩(wěn)定性進行檢測，此種方法雖然簡單易行，但由于前述元件只能檢測到單點或小面積火焰上的溫度，無法提供全面準確的溫度信息，因此此種物理測量法并不能準確反映實際情況。事實上，由于窯爐工業(yè)現場的惡劣環(huán)境和生產過程的復雜性，檢測火焰燃燒的穩(wěn)定性本身是很難在工業(yè)現場進行的。在業(yè)內，還有一種通過閉路電視系統(tǒng)監(jiān)控火焰來判斷火焰燃燒狀態(tài)和過程的方法，該方法主要是根據火焰圖像和視頻提供的信息對圖像和視頻數據建模，進而對圖像和視頻信息進行預測或模式識別，以判斷火焰燃燒的穩(wěn)定性。在該方法中，雖然火焰圖像和視頻可以提供足夠全面的溫度信息，但它對工業(yè)相機的要求很高，它很難解決因工業(yè)現場灰塵和煙霧導致用工業(yè)相機拍攝的圖像模糊，難以從圖像和視頻中提取視覺特征，從而導致無法從圖像中判斷火焰燃燒是否穩(wěn)定的問題。另外，該方法通常是從單幀圖像上提取信息，它尚未使用完全的火焰信息，且它忽略了幀與幀之間相關性的系統(tǒng)動態(tài)信息，因此這種用單幀的特性來判斷火焰的穩(wěn)定性并不準確，尤其是對于不穩(wěn)定狀態(tài)的分析。

發(fā)明內容

為了解決傳統(tǒng)的火焰穩(wěn)定性判斷不準確的問題，本發(fā)明提供一種基于混沌特性分析的火焰燃燒穩(wěn)定性識別方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方法：一種基于混沌特性分析的火焰燃燒穩(wěn)定性識別方法，包括：

步驟1)確定樣本

選取某一時間段的帶有類標的火焰視頻作為訓練樣本，以及選取另一時間段待測穩(wěn)定性的火焰視頻作為測試樣本；提取所述訓練樣本和測試樣本的每一幀火焰圖像，計算所述火焰圖像的平均灰度值，形成火焰視頻光照序列；

步驟2)處理樣本以及對分類器訓練

依次對所述訓練樣本和測試樣本的火焰視頻光照序列進行高維相空間重構、可視化遞歸圖、提取紋理特征以及降維處理，而后選取所述訓練樣本的主成分特征及其類標輸入分類器中進行訓練，得到訓練好的分類器；

步驟3)確定火焰燃燒穩(wěn)定性

將所述測試樣本的主成分特征輸入至已訓練好的分類器中，判斷所述測試樣本中火焰燃燒的穩(wěn)定性。

進一步地，在步驟1)中，所述火焰圖像的平均灰度值采用如下公式進行計算：

其中，I是計算得到的平均灰度值，row和cal是火焰圖像的尺寸，grayscale_k,p是火焰圖像在(k,p)像素的灰度級。

進一步地，步驟2)中，對所述火焰視頻光照序列進行高維相空間重構時，先對火焰視頻光照序列進行歸一化，再根據歸一化后的火焰視頻光照序列確定延遲時間，接著確定火焰視頻光照序列的嵌入維數，最后使用時間延遲方法對火焰視頻光照序列進行相空間重構。