[发明专利]基于影像分析的放空火炬黑烟消除智能控制方法

权利要求书

1.基于影像分析的放空火炬黑烟消除智能控制方法，其特征在于：通过高清摄像机拍摄火炬燃烧场景影像，经过上位机影像分析程序计算出黑烟品质；将计算的黑烟品质值作为反馈值传递给PLC控制器中，最终PLC控制器用智能控制算法计算并输出信号控制助燃蒸汽阀门开度以实现消烟控制，同时用组态软件在上位机实现监控；所述方法包括以下步骤：

第一步：高清摄像机选型和影像数据采集；

第二步：火炬影像分析程序设计和火炬黑烟品质计算；

第三步：PLC控制器硬件选型设计和组态；

第四步：PLC控制程序设计；

第五步：上位机组态控制程序和监控界面设计；

第六步：各部分通信的设计和联调；

第一步高清摄像机选型和影像数据采集中，选择热成像双光谱网络中载云台摄像机，利用配套的SDK软件完成放空火炬燃烧场景影像监控及采集；

第二步火炬影像分析程序设计和火炬黑烟品质计算，方法如下：

①火炬燃烧场景影像黑烟提取：

首先，将火炬燃烧场景影像进行RGB颜色空间分离，在晴朗天气的背景下，RGB三通道中B通道的黑烟与黑景色差异度最大，R通道的火焰区域与其它区域差异度最明显；因此，通过R通道提取出火焰区域，通过B通道去除火焰区域后得到黑烟区域；火焰燃烧图像黑烟提取的具体算法如下：

a.将原图像F在RGB颜色空间中进行分解，得到F_R F_G F_B三个单通道图；

b.将F_R图中的火焰区域进行二值化，提取出火焰区域，计算公式如下：

其中，λ_f为提取火焰的阈值，需根据具体场景设定，使用的场景中λ_f＝200；E_f为提取出火焰区域的二值化图；

c.将火焰区域的二值化图E_f通过中值滤波处理得到E_f，实现通过matlab中值滤波函数medfilt2；

d.将F_B图中的火焰区域去除，通过按像素将F_B和相加将F_B图中的火焰区域用白色覆盖得到图并通过二值化和中值滤波提取出黑烟区域，计算公式如下：

其中，λ_s为提取黑烟的阈值，需根据具体场景设定，使用的场景中λ_s＝50；

E_s为提取出黑烟区域的二值化图，继续通过中值滤波对E_s进行处理得到E_s；

②综合面积和浓度等因素判断黑烟品质：

此过程通过提取出来的黑烟区域图将原图中的黑烟像素值提取出来，通过对黑烟像素数量和黑烟像素值的大小综合判断黑烟品质；根据控制的需求，黑烟品质的评判方法如下：

其中，F_s为通过黑烟区域图中的黑烟区域的像素索引提取出的所有黑烟像素值，能够计算出黑烟像素的数量，θ是比例系数，Q为最后的黑烟品质结果。

2.根据权利要求1所述的基于影像分析的放空火炬黑烟消除智能控制方法，其特征是，第三步PLC控制器硬件选型设计和组态，方法如下：

根据放空火炬消烟控制需求，选择西门子S7-200 Smart PLC，选取CPU SR20模块连接PC机、高清摄像机，选取EMAI04模块读取助燃蒸汽、火炬气流量数据，选取EMAQ02模块连接电动调节阀；然后进行PLC硬件组态设计。