[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

说明书

本发明涉及一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，依据火焰化学发光的颜色主要由CH*和C₂*离子发光产生，通过对火焰燃烧区域内位于Hue色相内的180°~252°的蓝绿色化学发光火焰进行提取后，再根据相机对色度的敏感度分别列出像素点蓝色和绿色通道的亮度与CH*和C₂*及相机色相的敏感度的方程，通过对方程的求解得到CH*与C₂*在相机中呈现的亮度比值并建立该比值与燃空比的对应关系，用于对待测火焰燃空比进行判定。相比于现有技术，本发明可通过图像处理技术实现燃烧器内火焰状态的瞬时自动化监测，为燃烧器内火焰分布情况、燃烧器的性能测试以及燃烧器设计提供了方便有效的技术手段。

技术领域

本发明属于火焰检测领域，具体涉及一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法。

背景技术

有效利用燃料和减少排放是燃烧检测研究的主要目标，火焰的光学可视化在深入了解复杂的燃烧现象方面发挥着重要作用。以发动机内燃为例，通过记录点火状态、气体动态特性、火焰振荡等图像，即可进行火焰颜色、温度、边缘检测、区域划分等信息的分析，配合实际燃烧学知识，无需拆除即可进行发动机内燃烧状态的诊断，也可以对发生的损伤和材料缺陷进行检测、识别和定量评估。基于高速相机的燃烧诊断技术，不仅瞬时性高，比如点火瞬间，熄灭瞬间，碰撞瞬间，扰动瞬间可被精准捕捉，且图像信息直观丰富，可见性高，为瞬态火焰的科学研究提高供了必要技术手段，同时对燃烧器的设计、研发及性能评估起到了极其重要的作用。

火焰燃烧形式主要分为三种，预混、部分预混和扩散，具体情况取决于燃料和氧化剂的混合程度及反应前的混合水平。其中扩散型火焰，呈现明亮的黄色，是为通常专利所重点研究的主要火焰形式，比如火灾防护(CN104504382)、爆炸火焰(CN103617635)、炉窑内火焰(CN103914709)等。而预混火焰呈现微弱的蓝色，容易受干扰且不宜被捕捉，常常在火焰图像处理中被当作噪点或背景忽略。随着减碳减排的要求日益严苛，越来越多的低碳高效燃烧能源被发展应用，如液态天然气代替了石油被广泛应用于公交车和重型卡车上。天然气的主要成分甲烷，在预混后充分高效率燃烧时呈现微弱的蓝色，然而现有的燃烧诊断方法不足以支撑对该状态下火焰燃烧状态进行有效的检测与分析。因此，如何对该状态的火焰进行有效捕捉，如何结合预混火焰的发光原理对燃烧状态进行分析，成为天然气预混燃烧火焰检测的重点问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于图像处理技术的甲烷燃烧燃空比判定方法，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：