高温火焰图像处理比色测温法的数值方法研究
2026-01-26 来源:本站 点击次数:103（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，最后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，以它为核心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RGB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测枪，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的滤色片，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，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来代表)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最大绝对误差为48. 3℃，而双色法的最大绝对误差为94. 7℃，双色校正法的最大相对误差为3.87%，而双色法的最大相对误差为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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