[发明专利]一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法

权利要求书

1.一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对实验相机的色彩敏感度进行参数标定，获取不同波长的光在RGB空间不同通道中的敏感度光谱转换率；

步骤2：在暗室中获取不同燃空比下甲烷燃烧时的火焰图像；

步骤3：将火焰图像转化为灰度图像，利用灰度图像获取火焰区域图；

步骤4：将火焰图像与火焰区域图相乘并由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，得到HSV图像，根据CH*和C₂*的燃烧发光色相区间，提取HSV图像中H通道像素值在相应范围内的像素点，将其所在区域设定为火焰有效区域；

步骤5：将火焰图像与火焰有效区域叠加取交集，所得RGB图像为CH*和C₂*的离子燃烧发光图像，CH*和C₂*燃烧时发出的光的波长分别为430nm和516nm，该离子燃烧发光图像的图像模型表示为：

其中，I_R、I_G、I_B分别表示离子燃烧发光图像的R通道、G通道、B通道，分别表示波长为430nm的光在R通道、G通道、B通道的理论亮度值，分别表示波长为516nm的光在R通道、G通道、B通道的理论亮度值；波长为λ的光在R通道、G通道、B通道的理论亮度值的计算公式为：

其中，I_λ值表示波长为λ的光的亮度值，分别表示R通道、G通道、B通道波长为λ的光的敏感度光谱转换率；

步骤6：将波长分别为430nm和516nm的光及其对应的离子带入公式(2)得，

其中，与分别表示CH*和C₂*燃烧时的亮度值；

将公式(1)与公式(3)联立，得

由公式(4)解得

步骤7：由公式(5)计算得到的比值矩阵，比值矩阵中非零元素与火焰有效区域相对应，将火焰有效区域分为外层氧化层和内层，分别计算与外层氧化层、内层以及整个火焰有效区域对应的比值矩阵元素的均值，并与相应燃空比对应以构建线性关系；

步骤8：对于待测燃空比的火焰，根据步骤2-7分别获取与外层氧化层、内层以及整个火焰有效区域对应的比值矩阵元素的均值，并根据步骤7中建立的线性关系确定其燃空比。

2.如权利要求1所述的一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤包括：

S1.1、将标定光源发出的全波段光线经透镜汇聚成平行光后，由单色仪滤波成单色光；

S1.2、在暗室中将单色光直接投射在实验相机的光敏元件上；

S1.3、通过单色仪调整单色光波长，在波长为350～750nm的范围内每间隔一定波长进行多次拍照记录，以获取对应波长下的若干单色光RGB图片；

S1.4、分别提取对应波长下的若干单色光RGB图片每个通道的强度值，计算平均强度后绘制波长-感光强度图，得到色相敏感度响应曲线；

S1.5、通过色相敏感度响应曲线获取波长为430nm和516nm时G通道和B通道的敏感度光谱转换率。

3.如权利要求2所述的一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，其特征在于，S1.4中感光强度为平均强度与255的比值，S1.5中波长为430nm和516nm时G通道和B通道的敏感度光谱转换率为对应波长下的感光强度。

4.如权利要求1所述的一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，其特征在于，所述步骤3中火焰区域图的获取方法为：首先将灰度图像中像素值为255的像素点的像素值置为0，然后取适当阈值对灰度图像进行二值化，所得二值图为火焰区域图。

5.如权利要求1所述的一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，其特征在于，所述步骤4中，CH*和C₂*的燃烧发光色相区间为180°～252°。

6.如权利要求1所述的一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，其特征在于，所述步骤4还包括对火焰有效区域进行降噪处理，对于火焰有效区域中的某位置点，若其八邻域中有3点被判定为有效区域则保留该位置点为有效区域，否则删除。