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,進行高溫火焰溫度的測量。本文在理論分析和試驗研究的基礎(chǔ)上, 作為對雙色測溫法的改進,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)域一個極其重要的問題,它對于燃燒狀態(tài)的判斷、預(yù)測和診斷有著十分重要的意義。近幾年,隨著電子計算機的高速發(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,經(jīng)過圖像卡量化處理后送入計算機,再由計算機進行相應(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,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)投入到電站運行中,國內(nèi)的華中理工大學、東南大學、浙江大學等單位也開展了這方面的研究工作。當前在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域常見的測溫方法有兩種:參考點測溫法和雙色測溫法。前者需用高溫熱電偶實測一參考點的溫度作為基準,這會帶來一些問題:

(1)不夠方便;

(2)未能徹底擺脫接觸式測溫法的種種限制;

(3)參考點在圖像上準確定位困難,會帶來測量誤差。

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和它相比,雙色測溫法在方便性、可行性上更進一步,但是精度不夠高。本文在理論分析和試驗研究的基礎(chǔ)上,作為對雙色測溫法的改進,提出了雙色校正法。試驗結(jié)果表明,這種方法準確可行,有著廣闊的應(yīng)用前景。本文將詳述其測溫原理,并給出試驗結(jié)果。

CCD簡介，彩色CCD攝像器件的色度學基礎(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)3種接近光譜單色的色源作為基色,當它們按不同的比例疊加時,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算機內(nèi)是以像素為單位逐點存儲的。每一點存儲的信息量都包括了該點的R,G,B亮度值Re,Ge,Be。

為了能夠獲得真實的火焰圖像,本測試系統(tǒng)設(shè)計采用了傳像光纖內(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;同時為了實現(xiàn)CCD的超溫保護,設(shè)計了冷卻系統(tǒng)和超溫退出保護裝置;此外,作為一個數(shù)字圖像采集系統(tǒng),還配有彩色單板CCD、圖像卡、控制計算機(為了滿足高速實時處理的需要,它應(yīng)配有一定存儲量和一定存儲速度的幀存儲器)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,用雙色高溫計實測了一些點的溫度,并對這些點的溫度用雙色法、雙色校正法分別進行了計算,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誤差為3.87%,而雙色法的比較大相對誤差為7. 44%)。

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