徐站桂

(長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南長沙 410131)

采用常規(guī)檢測方法對燃煤機(jī)組爐膛火焰進(jìn)行檢測時，因多種原因使檢測結(jié)果存在誤檢的情況。本文采用數(shù)字圖像處理方法對火焰圖像中所包含的火焰燃燒狀況信息進(jìn)行分析處理，從而判斷其燃燒狀態(tài)。

1 火焰圖像數(shù)字化

通過攝像采集到的爐膛實(shí)際火焰圖像F(x，y)，進(jìn)行圖像處理的第一步就是采樣：用實(shí)際火焰圖像F(x，y)與空間采樣函數(shù)S(x，y)相乘，就可得到一個空間上的數(shù)字化圖像。此矩陣就是實(shí)際火焰圖像經(jīng)轉(zhuǎn)換后而得的數(shù)字圖像，其行、列對應(yīng)圖像中的一個像素，而矩陣中元素的值對應(yīng)此像素點(diǎn)的灰度值。如下圖1：

2 鄰域平均法濾波

為了驗證系統(tǒng)濾波算法消除噪聲的效能，人為的在圖像上加上一些噪聲。濾波效果如圖2：

圖2 鄰域平均

3 灰度線性變換增強(qiáng)

為了突出一幅圖像中的某些信息，同時削弱或去除某些不需要的信息，可利用灰度變換修改目標(biāo)圖像像素的灰度，以達(dá)到有用信號增強(qiáng)、無用信號減弱的目的。灰度變換的點(diǎn)運(yùn)算可把輸入圖像。按指定的線性變換曲線轉(zhuǎn)換成另一幅圖像輸出。兩幅圖像的區(qū)別在于其相應(yīng)像素點(diǎn)上的灰度值按某一規(guī)則發(fā)生了改變?；叶染€性變換如圖3：

圖1 采樣函數(shù)

圖3 灰度線性變換曲線

圖像灰度線性變換后的結(jié)果如圖4所示，可看出對比度得到加強(qiáng)。

圖4 灰度線性變換

4 火焰圖像分割

在火焰燃燒檢測中，根據(jù)燃燒狀態(tài)的不同常常將火焰分成不同的區(qū)域進(jìn)行研究，或需對指定的某個區(qū)域進(jìn)行研究，為這一目的就要對火焰圖像進(jìn)行分割。實(shí)現(xiàn)火焰圖像分割有效而方便的方法是根據(jù)設(shè)定的亮度閾值點(diǎn)，把圖像分割為幾個亮度值不同的區(qū)域。對于用灰度值表示的火焰數(shù)字圖像，可按式中進(jìn)行轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)分割。以下為閾值分割，分割出灰度大于110的圖像。圖像分割效果如圖5：

圖5 火焰圖像分割

5 亮度均值特征值提取

當(dāng)爐膛燃燒狀況發(fā)生改變時，可從火焰圖像的一些特征值如亮度、溫度場分布、火焰頻率等反應(yīng)出來。同理可用特征值的大小來衡量燃燒狀況。按火焰頻譜分析方法即可得到其頻譜特征，從而判斷火焰燃燒狀況。

6 燃燒火焰頻譜分析

要對火焰圖像采用數(shù)字圖像處理方法來判斷火焰燃燒的穩(wěn)定性，則要使進(jìn)入計算機(jī)的信號必然是離散信號。事實(shí)上通過圖像采集卡得到的視頻錄像，并經(jīng)提取幀而得到的爐膛火焰圖像，本身表示的就是離散信號了。對于一組長度為N的火焰強(qiáng)度信號，經(jīng)傅里葉變換(DTFT)可獲得該時域信號在頻域上的對應(yīng)表示，轉(zhuǎn)換公式。

在實(shí)際中，可能很難根據(jù)火焰輻射強(qiáng)度時間序列來識別穩(wěn)定燃燒和不穩(wěn)定燃燒工況下，但穩(wěn)定燃燒和不穩(wěn)定燃燒工況在頻譜分布圖上卻有著明顯的不同。當(dāng)頻譜計算得到的結(jié)果顯示火焰的低頻波動能量變大時，意味著燃燒的穩(wěn)定程度惡化，按此趨勢可能爐膛最終會熄火。由此可知：低頻分量譜幅值的大小可以用于識別火焰燃燒是否穩(wěn)定。

7 結(jié)語

以Matlab圖像處理軟件為平臺，通過采用合理的手段，依據(jù)圖像處理的方法，對火焰圖像進(jìn)行分析從而計算出火焰頻譜分布情況，以實(shí)現(xiàn)對爐膛火焰的檢測。從經(jīng)濟(jì)的角度來說，圖像火焰檢測也將優(yōu)于傳統(tǒng)的火焰檢測。為進(jìn)一步提高爐膛火焰檢測的準(zhǔn)確性，可同時綜合考慮如溫度場分布等其它火焰特征值。

[1]徐寶昌，張丁元，程亮.基于圖像的火焰穩(wěn)定性判別方法研究.計算機(jī)工程與應(yīng)用.2012，48（9）：168－169.

[2]Lijun Xu,Yong Yan.An Improved Algorithm for the Measurement of Flame Oscillation Frequency.IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATIONANDMEASUREMENT,2007，56（5）：2087－2091.

[3]陳兵,陳升忠,吳龍標(biāo)等.單輸人功率譜統(tǒng)計檢測算法的研究，自然科學(xué)進(jìn)展，2006，12(6):631-634.