[发明专利]一种基于热化学发光层析成像技术的燃烧火焰三维轮廓快速重建方法

摘要

一种基于热化学发光层析成像技术的燃烧火焰三维轮廓快速重建方法，用于对燃烧火焰形态学轮廓特征进行三维可视化检测。该方法基于热化学发光层析成像原理，利用CCD从多个角度同步采集燃烧火焰化学发光图像；由多角度燃烧火焰辐射图像构造二值化数组，利用数组重建火焰二值化层析图像并识别剖面轮廓；基于火焰层析剖面轮廓的重建最终实现燃烧火焰三维空间轮廓的重建。该方法克服了现有可视化燃烧检测方法空间分辨率不足的问题，将二维空间上的可视化检测拓展到三维空间；检测过程无需外强光源、声波等的介入，不易受其他因素干扰；重建步骤不涉及大规模迭代运算，计算量较常规计算机层析成像技术大大减少，因此对计算机硬件资源要求不高。

主权项

1.一种基于热化学发光层析成像技术的燃烧火焰三维轮廓快速重建方法，用于对燃烧过程形态学轮廓特征进行三维可视化检测；该方法利用工业CCD从多个角度同步采集燃烧火焰辐射图像，基于热化学发光层析成像原理，实现燃烧火焰三维轮廓的快速重建；具体重建步骤为：步骤一、搭建多角度图像采集系统：该系统包含若干成像光路从多个角度对火焰辐射成像，不同成像光路镜头光心在同一平面上，且与平面上中心点O的距离相等；为得到有效角度成像，不同成像光路主光轴应不重合，以避免形成镜像光路；系统利用软件同步触发CCD，或者通过外部触发源使得各光路CCD成像同步；步骤二、系统标定、图像采集：制作标准标定面，令各成像光路对标定面清晰成像，标定过程中标定面与成像光路主光轴垂直且经过中心点O；调整标定面使其在各成像光路视野中的成像位置统一；通过图像匹配消除误差确保各成像光路对标定面的成像一致；各光路CCD设置相同光学参数，包括光圈、曝光时间及帧频等，同步触发各路相机采相并存储；步骤三、构建层析数组：由于在同步模式下工作，各光路图像记录了火焰在同一时间点的形态；火焰数字图像在计算机中存储格式为灰度矩阵，根据空间化学发光成像关系，火焰层析剖面上的辐射强度分布决定了图像灰度矩阵中行向量元素的值；将各角度火焰数字图像二值化，取各图像灰度矩阵同一行向量创建数组，数组维数等于成像光路个数；设火焰图像灰度矩阵规模为M×N，则可按行创建M个数组，记为P_m(1≤m≤M)；根据化学发光层析成像原理，数组P_m(1≤m≤M)反映了火焰层析剖面上发光辐射强度的累积；步骤四、火焰三维轮廓重建：取某一数组P_m0，读取数组P_m0第i行生成中间矩阵T_0i；若P_m0(i,j)=1，将矩阵T_0i第j列元素赋值为1，反之赋值为零；如此读取数组P_m0其他行依次生成中间矩阵；将各中间矩阵按照步骤一所述图像采集系统中各光路成像角度旋转, 得到旋转矩阵，将旋转矩阵相乘得，则T'₀即为火焰层析剖面辐射图像（二值化）的重建；T'₀内部元素值为1的连通区域代表火焰层析剖面上焰体“明亮”区域，元素值为0的部分代表背景区域；由火焰层析剖面重建图像上火焰内部“明亮”区域与背景区域的交界即可得该层析剖面上的火焰轮廓；按上述过程由数组P_m（1≤m≤M）还原重建M个火焰层析剖面轮廓，完成整个火焰三维轮廓的重建。