高温火焰图像处理比色测温法的数值方法研究

（论文部分内容摘抄）

双色测温法是一种传统的比色测温法。近几年,随着数字图像处理技术的发展,双色测温法开始和数字图像处理技术结合起来,进行高温火焰温度的测量。本文在理论分析和试验研究的基础上, 作为对双色测温法的改进,提出了一种迭代算法——双色校正法,并将该方法应用于面阵CCD 测量高温火焰温度分布的系统中。

高温火焰的温度场测量是燃烧领域一个极其重要的问题,它对于燃烧状态的判断、预测和诊断有着十分重要的意义。近几年,随着电子计算机的高速发展,利用数字图像处理技术重建温度场成为可能,即利用彩色CCD(chargecoupleddevice,电荷耦合器件)获取视频信号,经过图像卡量化处理后送入计算机,再由计算机进行相应的处理,获得温度分布的相关信息。这种测温方法方便、可行,有着非接触测温法的所有优点,以它的火焰图像监测系统正 日益成为火检系统发展的主流。芬兰、日本等国家已将该系统投入到电站运行中,国内的华中理工大学、东南大学、浙江大学等单位也开展了这方面的研究工作。当前在数字图像 处理领域常见的测温方法有两种:参考点测温法和双色测温法。前者需用高温热电偶实测一参考点的温度作为基准,这会带来一些问题:

(1)不够方便;

(2)未能彻底摆脱接触式测温法的种种限制;

(3)参考点在图像上准确定位困难,会带来测量误差。

和它相比,双色测温法在方便性、 可行性上更进一步,但是精度不够高。本文在理论分析和试验研究的基础上,作为对双色测温法的改进,提出了双色校正法。试验结果表明,这种方法准确可行,有着广阔的应用前景。本文将详述其测温原理,并给出试验结果。

CCD简介，彩色CCD摄像器件的色度学基础是RGB3基色说。即根据人眼的视觉特征,选择R (红)、G(绿)、B(蓝)3种接近光谱单色的色源作为基色,当它们按不同的比例叠加时,就能模拟不同波长的单色光源法。相应地,由CCD获取的彩色火焰图像在计算机内是以像素为单 位逐点存储的。每一点存储的信息量都包括了该点的R,G,B亮度值Re,Ge,Be。

为了能够获得真实的火焰图像,本测试系统设计采用了传像光纤内窥式;为了所获取 的火焰图像在高温区也能够高质量地重现而不致于饱和,在传像光纤前面配有一定衰减率;同时为了实现CCD的超温保护,设计了冷却系统和超温退出保护装置;此外,作为一 个数字图像采集系统,还配有彩色单板CCD、图像卡、控制计算机(为了满足高速实时处理的 需要,它应配有一定存储量和一定存储速度的帧存储器)以及监视器。系统组成如图1所示。作为比较,作者拍摄了一幅火焰图像,用双色高温计实测了一些点的温度,并对这些点的 温度用双色法、双色校正法分别进行了计算,结果如图2～图4所示。图2为拍摄的原始火焰图像;图3为用双色校正法所算得的火焰“投影”温度场,它直观地反映了火焰的温度分布情况;图4则直观地反映了双色校正法和双色法(用TB,R)的误差比较情况。从图4可以看出,这种方法极大地减小了双色法的测温误差(双色校正法的比较大误差为48. 3℃,而双色 法的比较大误差为94. 7℃;双色校正法的比较大相对误差为3.87%,而双色法的比较大相对误差为7. 44%)。

在理论分析的基础上,作为对高温火焰图像处理中双色测温法的改进,本文提出了双色校正法。试验结果表明,这种方法极大地减小了双色法的测温误差,在工程和科研上有着广阔的 应用前景。

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