基于数值方法的高温火焰图像比色测温技术研究

罗弘

       （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误差为48. 3℃，而双色法的误差为94. 7℃，双色校正法的相对误差为3.87%，而双色法的相对误差为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。 德国Excelitas PCO公司CCD相机，具备高分辨率、高感光度、弱光成像的优点，将显微研究实验过程记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。 广州市元奥仪器有限公司作为德国Excelitas PCO公司摄像机在中国的代理商，为客户提供各种成像系统解决方案，如对相关产品感到兴趣，欢迎随时联系交流，公司：www.gzyaco.com、电话：。

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