基于图像处理的火焰温度检测研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

我们赖以生存的地球都需要能源去推动物质的交换和生物活动，而能量的释放最显著的一个形式就是火焰燃烧。众所周知，火焰温度很高，一般很难直接精确测量。但由于火焰温度是燃烧过程中的重要热力参数之一。因此，对火焰温度测试技术的研究具有非常大的意义，当前，国家正大力改善自然环境，尤其是着手治理空气污染，在汽车工业方面提出降低汽车尾气排放，鼓励开发设计高效新型低污染发动机，在煤电产业中提出要提高电站煤炭燃烧的效率，这都与火焰温度测量密不可分。在高音速飞行器的研发过程中，要求其发动机有足够的功率，而发动机的功率可由发动机火焰温度来间接说明，以及发动机等部分的材料选取都在一定程度上受到火焰温度的限制，所以火焰温度测量不论是在国民生产中，还是在国防建设中都具有重要的作用。

近几年来，随着计算机技术的不断发展，国内外的研究者越来越把眼光投向了把数字图像处理技术应用于火焰温度测量的处理中，融合火焰电视和多媒体计算机系统，开发基于火焰燃烧图像信息的智能火焰温度场检测系统。美国ist-quadtek公司生产的spyrometer高温工业电视系统，该高温工业电视系统结合了视频摄像机和比色双色红外辐射测温计两种技术，将这两项技术集成于一个系统中，可以在控制室的监视器观察实时的炉内火焰，测温计的窗口可以测量炉膛内任一点的实时温度，即用一种设备完成了对炉内状况的观察和多点的温度测量。日本由于其本国的资源及环保等条件的约束，最早将图像技术应用到火焰监测中。日本日立实验室kurihara等研制了火焰图像识别系统(fires,flameimagerecognitionsystem)，并在本公司1985年问世的hiac-3000系统中应用该技术获得了火焰温度场的分布，同时进行了燃烧经济性和no的估算等。日本三菱公司的光学图像火焰扫描系统(optis,opticalimageflamescanner)采用光学图像传感器提高了系统对火焰的灵敏度和鉴别能力，该系统能够较好地克服炉膛背景热辐射和相邻燃烧器的火焰信号的干扰，系统的主要功能是火焰形状识别和火焰稳定性判断等。

在国内火焰图像处理领域中，清华大学吴占松进行了小型发光火焰温度分布测量的研究，他详细推导了图像亮度信号与火焰温度之间的关系，经黑体炉标定获得了多项式回归模型，开创了国内火焰图像处理的先河。上海理工大学蔡小舒等利用以ccd阵列作为光谱测量元件的微型光纤光谱仪，研制了实验用火焰检测系统，通过测量火焰的发射光谱来进行火焰的检测和诊断技术的研究。华中科技大学周怀春等通过在ccd前加装单色滤光片，获取了火焰的单色辐射图像，并借助辐射定律将单色图像与其中某一参考点的辐射强度进行比较以获得温度场。其参考点用双色高温计或热电偶测温获得，根据所测得的温度场进行燃烧状况诊断。

2. 研究的基本内容与方案

本设计是基于图像处理的火焰温度检测研究，实现火焰温度的实时监测和温度过高或者过低时的预警等功能，本设计需要完成以下任务：

（1）学习掌握火焰检测的原理和数字图像分析与处理的知识，熟练掌握matlab软件的基本操作并能利用其实现数字图像的相应分析与处理。

（2）实现火焰检测系统的方案设计和工作原理的确定，其总体系统包括ccd相机、图像采集装置和图像处理装置，利用燃烧的辐射特性即光学法来进行测温，基于火焰图像的检测技术本质上建立在普朗克定律的基础上，再采用单色法测温，用某一点的温度作为参考温度，根据维恩辐射计算公式来得到火焰温度的计算公式。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的相关知识。确定方案，完成开题报告。

第3－7周：完成英语论文翻译和熟悉原理和方法。

第8－11周：完成系统的设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张国雄.测控电路(第四版)[m].北京:机械工程出版社,2011.

[2]张凤春.基于图像处理的火焰温度检测研究及可视化设计[d].太原科技大学硕士学位论文,2009.

[3]阮秋琦等.数字图像处理（第三版）[m].北京：电子工业出版社，2011.