[发明专利]基于数字图像处理的燃烧器火焰稳定性定量检测方法

说明书

本发明公开了属于火焰检测技术范围的一种基于数字图像处理的燃烧器火焰稳定性定量检测方法。所述方法利用相机实时获取火焰图像并传输至工控机，在工控机对火焰原始图像实时处理得到相应火焰灰度图像与火焰二值图像，根据所述三种火焰图像提取多种火焰特征参数；融合所述火焰特征参数所包含的火焰稳定性信息，得到火焰稳定性指标，可实时定量检测火焰稳定性。本发明所提方法可根据不同燃烧工况调整被融合参数以有更广适用范围，对火焰稳定状态变化敏感。

技术领域

本发明属于火焰状态检测技术领域，特别涉及一种基于数字图像处理的燃烧器火焰稳定性定量检测方法。

背景技术

不稳定火焰是化石燃料燃烧过程中公认的问题，在使用低质燃料、混合燃料以及生物质与化石燃料共燃的情况下，火焰更加难以维持在较为理想的稳定状态。不稳定的火焰会导致许多燃烧问题，例如炉膛振动、燃烧效率低、NOx排放高，甚至是熄火或爆燃。这些燃烧问题不利于工业生产过程的经济性，同时也会对操作人员的健康与生命安全产生威胁。

虽然已有大量的火焰监测技术，例如平面激光诱导荧光、自由基化学发光成像、光电探测器等，但是由于这些测量方法存在装置复杂、成本较高、难以适应恶劣工业条件，或获取信息较为单一等问题，在实际工业条件下难以应用这些技术实现火焰稳定性的量化检测。相比而言，利用相机得到火焰图像来评估火焰稳定状态是一种成本较低、结构相对简单、可适应恶劣工业环境的非侵入式测量方法。现有的基于火焰图像的火焰稳定性检测方法，大多基于单一的火焰特征，例如火焰根部面积或亮度、火焰轮廓、火焰闪烁频率等。这种基于单一火焰特征检测火焰稳定性的方法存在诸多使用限制，例如受相机安装位置影响，在火焰图像中无法提取火焰根部或轮廓；该方法仅从某一角度反映火焰稳定状态，与火焰真实稳定状态可能存在一定差异。现有的基于火焰图像的火焰稳定性检测方法中也存在通过融合多个参数评估火焰稳定状态的方法，但一方面存在着参数选择不全面的问题，另一方面在特定燃烧条件下，被选择的参数可能无法反映火焰稳定状态。

因此，本发明基于彩色相机和数字图像处理技术，提出一种火焰稳定性定量检测方法，该方法可根据燃烧工况融合包含火焰稳定性信息的多种特征参数，以使得到的火焰稳定性结果更加贴近火焰真实稳定状态。所提火焰稳定性定量检测方法适用范围广、对火焰稳定状态变化敏感。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字图像处理的燃烧器火焰稳定性定量检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)利用相机实时获取火焰图像；

2)将所述火焰原始图像转换为火焰灰度图像和火焰二值图像；对所述火焰原始图像、所述火焰灰度图像和所述火焰二值图像利用图像处理算法，提取火焰特征参数序列；火焰特征参数包含三类，分别为几何参数、亮度参数和热力学参数；几何参数包括着火点、根部面积、张角、火焰长度和火焰面积；亮度参数包括亮度和不均匀性；热力学参数包括最高温度、最低温度、平均温度和闪烁频率；当存在所述特征参数无法从所述火焰图像中提取时，仅对可提取的特征参数进行后续分析及参数融合；

3)根据所述火焰特征参数序列确定火焰参数变化率，由所述火焰参数序列的标准差和平均值确定，即，

其中，δ_x，σ_x和μ_x分别为特征参数x的变化特征、标准差和平均值。

4)分析所述火焰参数变化率与所述火焰闪烁频率的相关性，根据实际情况设置阈值，确定高相关性特征参数，用于参数融合；

5)由高相关性特征参数序列确定特征参数正常变化率和非正常变化率，二者包含着不同的火焰稳定性信息，其中，对于所述火焰特征参数序列，位于95％置信区间内特征参数的变化率为正常变化率，即，