本发明涉及一种测量火焰温度的方法。

背景技术：

火焰是气态的且正在发生剧烈氧化反应的燃料及各种中间产物及最终产物的混合物。在煤化工、化工领域，在高温、高压反应器(或气化炉)上，火焰检测器一般安装在气化炉的顶部或者中下部，用于气化炉燃烧的监控。气化炉正常运行过程中，由于炉内温度很高，达到1600－2000℃，因此采用热电偶直接测温存在极大的困难。若通过火焰发射的各种射线进行辐射测量，因不同燃烧物燃烧后发射的射线不同，且存在射线种类过多，测量起来难度极大。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型火焰测温方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种火焰测温的方法，以解决现有技术测量火焰温度的不足，通过对燃烧室内温度的测量，极大提高燃烧室的安全性和稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种火焰测温方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、图像采集，通过高速摄像头连续采集燃烧室内火焰的多张图像，并将多张图像依次命名为P1、P2、P3···Pn，将依次相邻的两张图计为一组图片组，命名为Z1、Z2、Z3···Zn；

S2、将步骤S1采集的图片调节为灰度模式，取图片组Z1中的两张图片P1和P2，在图片P1和P2上选取相同的区域，扫描选定区域中每个像素点，并计算每一个像素点的灰度值，再计算同一区域内相邻两个像素点灰度值比值，若任意两个相邻像素的灰度比值处于0.95-1的区间，则将相邻两个像素点记为同一类像素，在同一区域内得到多个同一类像素形成的图像点，将图片组Z1中图片P1得到的图像点记为P1(X1、X2、X3···Xn)，将图片组Z1中图片P2中得到的图像点记为P2(Y1、Y2、Y3···Yn)；

S3、将步骤S2中得到的P1和P2像素点组成像素组(X1Y1、X2Y2、X3Y3、···XnYn)，将图片P1和图片P2重合，计算像素组(X1Y1、X2Y2、X3Y3、···XnYn)最近两个像素点的距离(L1、L2、L3···Ln)，将距离(L1、L2、L3···Ln)与距离阀值Lm进行比较，将小于阀值Lm距离的像素组记为M(M1、M2、M3···Mn),由于选取的图像区域面积一定，因此小于阀值Lm距离的像素组中的个数为定值，将图片组Z1中得到的定值记为M1；

S4、重复以上步骤，得到图片组Z2、Z3···Zn的定值M2、M3···Mn,得到数据组M1、M2、M3···Mn，从M1开始依次选取10个数值为一组，依次计算选取数值组的方差，当数值组的方差小于1的时候，确定该数值组的数据有效，取该数值组的定值平均値

S5、根据该平均値计算单位区域面积内的像素平均值A，并将平均値A与预设的阀值相比较，预设的阀值根据阀值的大小对应不同的火焰温度，即通过平均値A得到火焰温度。

进一步的，所述像素点的灰度值的计算方法如下，读取每一个像素点的RGB值，根据公式Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11进行计算。

进一步的，所述像素点的灰度值的计算方法如下，读取每一个像素点的RGB值，根据公式Gray＝(R+G+B)/3进行计算。

进一步的，所述步骤S2中同一类像素的像素点的个数小于30，若相邻两个像素点灰度值比值处于0.95-1区间的像素个数大于30，则不进行统计。

进一步的，所述步骤S3中距离阀值Lm为距离(L1、L2、L3···Ln)的平均値。

进一步的，所述步骤S3中计算最近两个图像点的距离具体方法为：

以图像点X1/Y1中距离最远的两个像素点为直径，并以该直径画出包裹该图像点的圆，计算包裹图像点X1和图像点Y1圆的圆心之间的距离，再减去包裹图像点X1圆的半径和包裹图像点Y1圆的半径，即为两个图像点之间的距离。

进一步的，当包裹图像点X1和包裹图像点Y1的圆有交点的时候，则不统计该像素组。

进一步的，当包裹图像点X1和包裹图像点Y1的圆的圆心之间的距离大于两个圆直径之和的三倍的时候，则不统计该像素组。

进一步的，所述步骤S1中高速摄像头连续采集图像的间隔为0.05-0.1s。

进一步的，所述步骤S2中计算同一区域内相邻两个像素点灰度值比值之前，将像素点灰度值为50以下的像素点排除。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明方法通过获取火焰的图像，通过对图像的简单处理得到火焰燃烧过程中飞扬的未燃烧颗粒物的数量，并通过飞扬的未燃烧颗粒物的数量来与阀值相比较，得到火焰燃烧的温度，该方法简单可靠。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的工作原理如下：

煤炭燃烧加热过程中，会扬起一定数量的未燃烧颗粒物和燃烧后的灰烬，而当扬起的为燃烧颗粒物和灰烬数量趋于稳定，即数量达到一个平衡状态的时候，火焰的温度即为一定的，因此可以根据火焰中单位面积内扬起未燃烧颗粒物的数量来确定火焰的温度，只需测定好未燃烧颗粒物对应的温度阀值，后期只需测定未燃烧颗粒物的数量即可。

本发明的具体测定方法为：

一种火焰测温方法，包括以下几个步骤：

S1、图像采集，通过高速摄像头连续采集燃烧室内火焰的多张图像，并将多张图像依次命名为P1、P2、P3···Pn，将依次相邻的两张图计为一组图片组，命名为Z1、Z2、Z3···Zn；

该步骤中高速摄像头连续采集图像的间隔为0.05-0.1s，为了确定不同图片中扬起的颗粒物位移变化的图像，因此时间间隔不宜太长；

S2、将步骤S1采集的图片调节为灰度模式，取图片组Z1中的两张图片P1和P2，在图片P1和P2上选取相同的区域，扫描选定区域中每个像素点，并计算每一个像素点的灰度值，再计算同一区域内相邻两个像素点灰度值比值，若任意两个相邻像素的灰度比值处于0.95-1的区间，则将相邻两个像素点记为同一类像素，在同一区域内得到多个同一类像素形成的图像点，将图片组Z1中图片P1得到的图像点记为P1(X1、X2、X3···Xn)，将图片组Z1中图片P2中得到的图像点记为P2(Y1、Y2、Y3···Yn)；

在计算同一区域内相邻两个像素点灰度值比值之前，将像素点灰度值为50以下的像素点排除，灰度值较小的像素点一般为图片背景或火焰的灰度值，因此去除；

同时同一类像素的像素点的个数小于30，若相邻两个像素点灰度值比值处于0.95-1区间的像素个数大于30，则不进行统计，像素点太大的点不具有统计意义；

具体的计算灰度值的方法为读取每一个像素点的RGB值，根据公式Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11进行计算或根据公式Gray＝(R+G+B)/3进行计算。

此步骤的主要目的是将获取的图像中，未燃烧的颗粒物和灰烬进行抓取；

S3、将步骤S2中得到的P1和P2像素点组成像素组(X1Y1、X2Y2、X3Y3、···XnYn)，将图片P1和图片P2重合，计算像素组(X1Y1、X2Y2、X3Y3、···XnYn)最近两个像素点的距离(L1、L2、L3···Ln)，将距离(L1、L2、L3···Ln)与距离阀值Lm进行比较，将小于阀值Lm距离的像素组记为M(M1、M2、M3···Mn),由于选取的图像区域面积一定，因此小于阀值Lm距离的像素组中的个数为定值，将图片组Z1中得到的定值记为M1；

计算最近两个图像点的距离具体方法为：

以图像点X1/Y1中距离最远的两个像素点为直径，并以该直径画出包裹该图像点的圆，计算包裹图像点X1和图像点Y1圆的圆心之间的距离，再减去包裹图像点X1圆的半径和包裹图像点Y1圆的半径，即为两个图像点之间的距离。当包裹图像点X1和包裹图像点Y1的圆有交点的时候，则不统计该像素组。当包裹图像点X1和包裹图像点Y1的圆的圆心之间的距离大于两个圆直径之和的三倍的时候，则不统计该像素组。

阀值Lm为距离(L1、L2、L3···Ln)的平均値，由于未燃烧的颗粒物和灰烬的重量不同，在扬起的过程中，扬起的速度也是不一样的，因此在两张不同的图片上，经过相同的时间，未燃烧的颗粒物和灰烬的位移也是不一样的，因此通过该方法，将未燃烧的颗粒物和灰烬进行区分；

此步骤的目的为将未燃烧的颗粒物和灰烬进行区分。

S4、重复以上步骤，得到图片组Z2、Z3···Zn的定值M2、M3···Mn,得到数据组M1、M2、M3···Mn，从M1开始依次选取10个数值为一组，依次计算选取数值组的方差，当数值组的方差小于1的时候，确定该数值组的数据有效，取该数值组的定值平均値

此步骤的目的是通过方差对颗粒物的数量稳定性进行统计，当颗粒的数量再变化的时候温度也在变化，只有当颗粒物的数量为稳定状态，温度才稳定。

S5、根据该平均値计算单位区域面积内的像素平均值A，并将平均値A与预设的阀值相比较，预设的阀值根据阀值的大小对应不同的火焰温度，即通过平均値A得到火焰温度。

通过颗粒物与阀值的比较，得到火焰的温度。

本发明方法通过获取火焰的图像，通过对图像的简单处理得到火焰燃烧过程中飞扬的未燃烧颗粒物的数量，并通过飞扬的未燃烧颗粒物的数量来与阀值相比较，得到火焰燃烧的温度，该方法简单可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。