[发明专利]一种基于可见光热成像的高温分布检测方法及装置

说明书

本发明属于高温检测领域，并具体公开了一种基于可见光热成像的高温分布检测方法及装置，其首先采集待测对象的可见光热辐射图像，通过该图像中像素三色值的大小判断每个像素的所属区间，从而确定可见光热辐射图像的最优区间，然后通过最优区间像素三色值对应的平均辐射强度值求得特征温度，最后由图像中每个像素对应的辐射强度值、最优区间内像素三色值对应的平均辐射强度值和特征温度计算得到图像中每个像素对应的温度，即待测对象的温度分布。本发明简单易行，还原了待测对象的温度分布梯度，检测结果准确，解决了常用的红外热像仪在检测高温炉膛温度时误差大的问题。

技术领域

本发明属于高温检测领域，更具体地，涉及一种基于可见光热成像的高温分布检测方法及装置。

背景技术

火电、冶金、石化、玻璃和水泥等行业中，各种锅炉、窑炉、工业炉、焚烧炉和冶炼炉等大型高温炉膛是关键的设备和装置。这些炉膛中温度较高，通常在800℃以上，开展炉内温度分布测量，对于提高换热效率、节约生产成本、以及降低污染物排放，有着重要的实际作用。常用的高温炉膛内的测量设备包括辐射高温计、热电偶、红外热像仪等，其中，辐射高温计只能给出某一个位置或某一个方向的温度，难以给出温度在空间中的分布；而热电偶是接触式的点测量方式，易于损耗，需要经常更换；红外热像仪可以获得被测对象的温度分布，其原理是：高于绝对零度(-273℃)的物体都会发出红外热辐射，用红外图像传感器接收物体在红外辐射波段的热辐射图像，根据红外热辐射图像的强弱及物体发射率来计算出被测物体的温度分布。

但需要注意的是，红外热辐射的波长范围在0.78-100μm，红外热像仪在测温应用中要根据物体红外辐射光谱的特点选择合适的红外测温波段，还需要知道红外测温波段内物体的发射率才能得到准确的温度。然而，对于不同类型的高温炉膛，其红外波段的发射率与炉内固相和气相组分有关，尤其是对于包含有燃烧火焰的高温炉膛，炉内的焦炭、碳烟、飞灰等固体颗粒在可见光及近红外波段随波长具有连续的黑体辐射特性，而炉内的CO₂、H₂O等三原子气体在红外波段随波长呈有非连续的谱线和谱带辐射，因此，高温炉膛在红外波段的发射率很难准确给出。此外，在不同工况下，炉内气固组分的浓度会发生变化，其在红外波段的发射率相应也会发生变化，从而导致红外热像仪用于高温炉膛尤其是具有燃烧火焰的高温炉膛的温度测量时，测温结果可能会出现较大偏差。

实际上，根据维恩热辐射定律，物体温度在高于600℃时会发出可见光热辐射，高于800℃时可见光热辐射就非常强烈，且温度越高热辐射峰值越向可见光波段移动。高温炉膛内的温度通常高于800℃，而炉膛在380-760nm可见光波段的热辐射呈连续的黑体辐射特性，其在可见光波段的发射率与波长具有定量关系，这有助于获得更准确的炉内温度，而且可见光图像传感器比红外图像传感器价格更为便宜。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于可见光热成像的高温分布检测方法及装置，其首先采集待测对象的可见光热辐射图像，并通过图像中像素三色值确定可见光热辐射图像的最优区间，然后通过最优区间内像素三色值对应的平均辐射强度值求得特征温度，最后由特征温度得到图像中每个像素对应的温度，即待测对象内的温度分布，整个过程简单易行且得到的温度分布结果准确。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于可见光热成像的高温分布检测方法，包括如下步骤：

S1采集待测对象的可见光热辐射图像，将该可见光热辐射图像的像素三色值范围分为数个区间，任选像素三色中的一种，并统计该颜色各区间像素数占图像总像素数的比例，将占比最大的区间定义为当前可见光热辐射图像的最优区间；

S2将可见光热辐射图像中的每个像素的三色值转换为对应波长下的辐射强度值，并分别计算最优区间内所有像素三色对应的平均辐射强度值，然后根据其中任两色对应的平均辐射强度值计算最优区间的平均温度，即特征温度；