[发明专利]基于图像的燃烧过程监控与诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像的过程监控与诊断方法，且特别有关于一种基于火焰图像的燃烧过程监控与异常现象及原因诊断方法。

背景技术

锅炉系统为目前化工厂、电厂或传统制造工业中，过程生产动力的来源，然而，受到近几年国际油价波动与环保意识抬头的影响，以及对于工业安全的日益重视，发展更有效率、排放气体更符合环保标准、以及操作更具安全性的燃烧监控系统，已成为锅炉设备开发以及燃烧过程监控的重要议题。

传统的燃烧过程监控方法，通过离线作业的工业用摄影机或窥视孔做目视监控及诊断，此方法比较依赖人为的经验判断，且不具实时性。虽然有些系统可利用自动化的火焰侦测器判断有火/无火，但这些方法无法获知燃烧状态以及燃烧的品质。另外有些系统以多点式热电偶感测炉壁上的温度，由此判断火焰的燃烧状况，但热电偶传感器容易受到未燃烧碳粉的覆盖，加上量测的温度并非火焰周围的燃烧温度，甚至传感器容易因高温环境的影响导致老化，而使得数据失真。为了获致更多的火焰信息，一些传感器厂商发展出以紫外线、可见光谱和红外线等量测技术直接量测火焰温度，虽然可比传统温度量测方法采集更多信息，但由于光学仪器价位较高与维护保养不易，并不适合一般中小型工厂投资。

近几年由于CCD感测组件技术发展成熟，摄影机等诸多图像采集装置的成本越来越低，利用CCD摄影机拍摄炉内火焰图像，可用来实时监控炉内燃烧情形，解决传统量测只能单点量测或者感测设备价格昂贵等问题。然而，由于图像信息量十分庞大，一张图像少则数十万画素，多则上千万画素，因此，如何采集少数重要而有用的图像特征信息，是图像前处理步骤非常关键的议题。此外，燃烧系统的稳定性攸关于安全、燃料成本与环境保护议题，因此，如何有效的监控燃烧过程的稳定度，以及如何快速侦知异常与诊断原因，亦为极需解决的课题。

发明内容

基于上述目的，本发明提出一种基于图像的燃烧过程监控与诊断方法，用以通过一个多维度图像采集装置，于高温环境下捕捉炉膛内的可见光火焰图像，并经由计算机等计算单元及其内部的算法程序，达到燃烧系统监控及诊断的目标。

本发明实施例提供一种基于图像的燃烧过程监控方法，包括下列步骤。首先，得到一炉膛内含火焰图像的一原始图像，并利用至少一色彩空间将原始图像转换为一转换图像。接着，由转换图像中采集一特征曲线并筛选出特征曲线中的至少一曲线区段，其中曲线区段对应至转换图像的一特定图像区域。之后，依据特征曲线或筛选出的曲线区段，监控原始图像的全部或部分区域是否异常，以监控燃烧过程。

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1显示一依据本发明实施例的基于图像的燃烧过程监控方法的流程图。

图2显示一依据本发明实施例的图像特征曲线示意图。

图3显示一依据本发明实施例的特征曲线的区段自动解析方法的流程图。

图4显示一依据本发明实施例的特征曲线自动解析结果示意图。

图5显示依据本发明另一实施例的图像监控流程图。

图6A显示一依据本发明实施例的正常图像的特征曲线分布图。

图6B显示一依据本发明实施例的具有管制区间的特征曲线示意图。

图7显示一依据本发明实施例的特征曲线相似度示意图。

图8显示一依据本发明实施例的特征指针管制图。

图9显示依据本发明另一实施例的图像诊断流程图。

图10A-10D显示依据本发明实施例的正常与异常结果显示的示意图。

图11显示一依据本发明实施例的特征曲线比较图。

图12显示依据本发明实施例的待诊断图像的特征曲线与典型异常图像的特征曲线的距离示意图。

图13显示一依据本发明实施例的三种典型类型的相似度指标趋势图。

图14显示一依据本发明实施例的修正的相似度指标趋势图。

图15显示本发明实施例的计算机可读取储存媒体的示意图。

主要组件符号说明

S110-S170～执行步骤；

20～特征曲线；

21-25～特征曲线区段；

51、53～管制界线；

54～中线；

S310-S330～执行步骤；

S510-S580～执行步骤；

A、B、C、D～火焰燃烧情形；

u、v～特征曲线；

900、902、904、...、920～流程步骤；

1110～待判图像的特征曲线；