[发明专利]一种基于图像的颗粒燃烧温度测量方法

摘要

本发明涉及一种基于图像的颗粒燃烧温度测量方法。选择燃烧的颗粒及周围介质空间作为计算区域，并将其离散成多个网格，采用Monte Carlo概率模拟的方法跟踪辐射射线在每个网格中的吸收、散射和反射等衰减过程，实现对燃烧室内辐射传递过程的分析和模拟。目标温度分布求解及重建过程则是火焰辐射成像的逆过程，即由探测到的成像数据反向计算目标火焰的温度分布。本发明方法考虑了目标发射率，并且针对非均匀介质的辐射特性参数会随组分浓度和温度而变化的特点，采用一阶模型拟合计算域不同位置的气体吸收系数，有效提高测量精度。

主权项

1.一种基于图像的颗粒燃烧温度测量方法，将燃烧的颗粒及周围介质空间作为计算区域，并将其离散成多个网格，采用概率模拟方法跟踪辐射射线在每个网格中的吸收、散射和反射衰减过程，实现对燃烧室内辐射传递过程的分析和模拟，其特征在于，具体步骤如下：(1)采用显微放大镜头捕捉单独颗粒，并对拍摄到图片进行降噪去干扰处理，将原始图像转为灰度图像并减去背景图像，在此基础上进行图像增强，即获得处理后的图像；(2)针对目标区域进行网格划分,将颗粒表面划分为gx×gy的表面网格，选取颗粒至CCD探测器之间区域作为计算域并离散成gx×gy×gz的立方体网格；(3)对与颗粒表面单色辐射射线的发射位置P点坐标(xP,yP,zP)及发射角度锥角φ和圆周角θ采用随机模拟发射方式确定：式中：Δx、Δy、Δz为立方体网格边长，Rx、Ry、Rz、Rθ、Rφ为(0,1)区间随机数；(4)而后由几何关系计算出射线从P点出发到穿过一个网格应该走过的距离，在此情况下以随机概率模拟的方式考虑射线是否与凝相介质相遇，以及相遇后是否发生散射，若判定为散射，则以此作为新的发射点重新给定发射点坐标及发射角度，继续追踪；若判定不发生散射，则按消光效率因子对射线能量进行衰减，由此得到射线从P点出发并考虑气相和凝相介质衰减作用后穿过该网格时走过的距离及剩余能量，其中气相主要为水蒸气和二氧化碳，衰减关系式如下：式中：αw、εw、pw分别为水蒸气吸收系数、发射率、压强，αc、εc、pc分别为二氧化碳吸收系数、发射率、压强，Cw、Cc为修正因子，Tg、Ts分别为气体温度和目标表面温度，Le为平均射束长度；凝相衰减关系如下：Qex＝Qs+Qa式中：Qex为消光效率因子，Qs为散射效率因子，Qa为吸收效率因子，(5)对计算区域进行网格划分后，由网格顶点坐标确定网格序数，同样以随机概率模拟的方式考虑射线与计算区域边界是否发生反射；(6)由以上步骤得到由目标区域网格中某一点以某角度发射的单位能量射线，在经过计算域各网格内气相和凝相介质及边界衰减作用或散射和反射作用后，最终经过的距离和剩余能量；(7)假设目标区域每个网格发射若干射线，追踪每条射线经过的距离和剩余能量，则得到一个系数矩阵A，而颗粒表面辐射强度E与探测器靶面辐射强度EP关系表示为：EP＝A·E(8)从拍摄颗粒图片得到对于探测器的RGB单色辐射能量矩阵即EP，通过LSQR算法求解出目标辐射能E，再根据普朗克定律求解目标温度分布。