專利名稱：高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫爐爐內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于利用輻射圖像處理爐內(nèi)熱工檢 測(cè)原理，對(duì)直接采集來(lái)自高溫電視的單幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析、處理、計(jì)算、顯示的測(cè)溫 系統(tǒng)。
技術(shù)背景傳統(tǒng)的高溫爐爐內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)溫度的測(cè)量都是根據(jù)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與溫度的關(guān)系而 來(lái)的。對(duì)高溫爐內(nèi)工況的溫度測(cè)量來(lái)說(shuō)， 一般分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量對(duì) 被測(cè)介質(zhì)會(huì)造成干擾， 一般只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測(cè)量；非接觸式溫度測(cè)量由于不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸， 熱慣性小，測(cè)量上限不受材料限制等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。非接觸式測(cè)量技術(shù)也是高溫窯爐溫度測(cè)量的技術(shù)發(fā)展方向。目前國(guó)外已有高溫窯爐溫度非 接觸式測(cè)量?jī)x器裝置的實(shí)際應(yīng)用，但其設(shè)備造價(jià)相對(duì)昂貴，有些產(chǎn)品也只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)量。國(guó) 內(nèi)也有這方面的研究和試驗(yàn)，但均處于起步和非成熟階段，要為高溫爐提供優(yōu)質(zhì)的圖像監(jiān)測(cè)和 準(zhǔn)確的溫度測(cè)量，必須解決如何將高溫爐爐內(nèi)的圖像信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度這一技術(shù)難題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提高窯爐生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，降低生產(chǎn)的運(yùn)行成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和 降低廢品率，特研制出一種測(cè)溫準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可靠的高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的高 溫爐爐內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的測(cè)量，測(cè)量的精確性來(lái)自以下幾點(diǎn)1.視頻來(lái)源方面本系統(tǒng)是直接采集來(lái)自CCD攝像頭的單禎圖像用于測(cè)溫，而不是提取視頻流的單禎圖像(即 經(jīng)過(guò)壓縮的圖像)。從而保證了圖像來(lái)源的高質(zhì)量。 2溫度計(jì)算方面-針對(duì)黑白圖像，本系統(tǒng)使用類(lèi)似紅外測(cè)溫的原理計(jì)算溫度，針對(duì)彩色圖像，本系統(tǒng)使用一 種結(jié)合了單色法和比色法測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)的全新的計(jì)算方法計(jì)算溫度，從而保證了測(cè)溫原理的高質(zhì)3.測(cè)溫計(jì)算的結(jié)果與顯示方面本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了十字架測(cè)溫與區(qū)域測(cè)溫的有機(jī)結(jié)合。本系統(tǒng)采取的技術(shù)方案是 一種高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫系統(tǒng)，包括分別與高溫電視及CRT 相連接的工控主機(jī)，其特征在于所述的工控主機(jī)還包括三個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面及計(jì)算 分析，其中數(shù)據(jù)庫(kù)包括實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像記錄數(shù)據(jù)庫(kù)及操作記錄數(shù)據(jù)庫(kù)， 人機(jī)界面包括文件、基本設(shè)置、應(yīng)用設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置、偽彩色設(shè)置、查看及退出系統(tǒng)；計(jì)算分 析包括高溫圖像處理模塊、溫度建立算法模塊、溫度顯示模塊及運(yùn)算狀態(tài)顯示模塊；所述的高 溫電視采用包括有防護(hù)裝置、傳動(dòng)裝置、控制裝置及攝像裝置的探頭式高溫電視；所述的工控 主機(jī)上裝有視頻采集卡，工控主機(jī)利用控制程序完成高溫爐爐內(nèi)視頻圖像的采集，并對(duì)像數(shù)據(jù) 進(jìn)行提取、分析、處理、計(jì)算、顯示。本系統(tǒng)所達(dá)到的有益效果是高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫結(jié)果可以指導(dǎo)運(yùn)行人員保持高溫窯 爐爐膛最佳熱工狀況，從而提高熱工效率，降低污染物生成，提高工料加工質(zhì)量，同時(shí)對(duì)爐膛 滅火保護(hù)，避免爐壁結(jié)焦、耐火材料脫落以及對(duì)高溫窯爐進(jìn)行故障診斷都有著重要的作用。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成方框圖并作為摘要附圖。 圖2是本發(fā)明采用的探頭式高溫電視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是高溫?cái)z像探頭成像位置及與CCD攝像探頭成像靶面的關(guān)系示意圖。圖4是CCD攝像探頭角度修正示意圖。圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)功能框圖。圖6是本發(fā)明的系統(tǒng)程序模塊框圖。圖7是本發(fā)明的控制程序流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)Dl、 2，本系統(tǒng)的前端主要是由攝像裝置、傳動(dòng)裝置、防護(hù)裝置、控制裝置構(gòu)成的高 溫電視。高溫電視中的攝像裝置是高溫探頭，高溫探頭通過(guò)傳動(dòng)裝置和防護(hù)裝置探進(jìn)高溫爐爐 內(nèi)。高溫爐爐內(nèi)物像通過(guò)預(yù)制孔(或借助觀察孔)由耐高溫鏡頭對(duì)火焰成像，經(jīng)鏡管傳輸?shù)狡?后的攝像機(jī)靶面上轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)再經(jīng)同軸電纜傳給控制室工控主機(jī)。傳動(dòng)裝置主要由爐壁防護(hù) 裝置、拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、行程開(kāi)關(guān)、電機(jī)和減速機(jī)等組成，傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是推動(dòng)攝像探頭進(jìn)出爐膛， 正常情況下探頭可長(zhǎng)期在爐內(nèi)工作，在出現(xiàn)報(bào)警時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制傳動(dòng)系統(tǒng)將探頭退出爐 膛，并自動(dòng)關(guān)閉爐門(mén)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用抗腐蝕、耐高溫和高粉塵的鏈?zhǔn)窖b置，電機(jī)采用單相電源作動(dòng)力源，對(duì)工業(yè) 爐場(chǎng)合的惡劣環(huán)境具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。水冷氣封防護(hù)裝置是整個(gè)系統(tǒng)安全工作的重要保證。鑒 于工業(yè)電視系統(tǒng)工作環(huán)境的惡劣情況，本系統(tǒng)在常規(guī)水冷探頭的一級(jí)保護(hù)下，又研制開(kāi)發(fā)了爐 壁水冷卻基板的二級(jí)保護(hù)，并對(duì)探頭進(jìn)行氣封保護(hù)，最大限度地降低熱交換的同時(shí)保證了很好 的監(jiān)視效果，保證攝像機(jī)在高溫環(huán)境下正常工作?？刂蒲b置是專為控制和保護(hù)高溫工業(yè)電視的攝像探頭而設(shè)計(jì)的，控制傳動(dòng)裝置的執(zhí)行動(dòng)作 和防護(hù)警報(bào)。電控裝置控制電路采用電子技術(shù)與電工技術(shù)相結(jié)合，以邏輯控制電路為核心，伴 以傳感器檢測(cè)電路、電動(dòng)執(zhí)行控制電路、報(bào)警指示與操作電路，控制電機(jī)最終達(dá)到控制和保護(hù) 攝像探頭的目的。電控系統(tǒng)具有完善的全自動(dòng)保護(hù)功能，冷卻氣氣壓降低、攝像機(jī)環(huán)境溫度升 高、系統(tǒng)輸入電源斷電、電機(jī)過(guò)載等異常情況下均發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并在10秒鐘內(nèi)使攝像機(jī) 探頭自動(dòng)退到爐外。]本系統(tǒng)的工作原理木系統(tǒng)是一種視頻攝像和由計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的測(cè)溫儀的綜合應(yīng)用設(shè)備，這 種測(cè)溫儀能測(cè)量監(jiān)視器屏幕上所看到的圖像范圍內(nèi)的區(qū)域(由操作者選擇)的溫度。為了獲得 更詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)圖像，有必要將攝像機(jī)的光學(xué)物鏡靠近處理過(guò)程。該裝置的物鏡放在冷卻的并允 許進(jìn)入高溫窯爐的鏡頭管中。物鏡外用藍(lán)寶石覆蓋以滿足惡劣環(huán)境下對(duì)鏡頭的保護(hù)。物鏡能形 成較大視角的圖像，然后通過(guò)一系列的傳輸鏡片傳送到攝像機(jī)。有不同視角和不同光學(xué)路徑的 鏡頭可供選擇。將攝像機(jī)安裝在高溫窯爐適宜的觀測(cè)口上上既可看到燃燒區(qū)也能看到己形成的 物料。視頻信號(hào)在處理器內(nèi)部被數(shù)字化并且疊加一些圖形元素(像定義測(cè)量區(qū)域和溫度顯示的光 標(biāo))。最終的圖像可在彩色計(jì)算機(jī)顯示器(CRT)上看到。由該裝置獲得的圖像質(zhì)量是相當(dāng)好的， 清晰度也極高。用戶既可以看到熟料的溫度也能得到窯內(nèi)燃燒區(qū)域的一幅清晰畫(huà)面。圖像的不 同視頻控制能在控制室內(nèi)通過(guò)連接到處理器的鼠標(biāo)完成。這種功能允許操作者不需接觸爐內(nèi)攝 像機(jī)就可根據(jù)自己的需要方便地對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。屏幕菜單則是提供給操作者的另一 友好界面。該裝置的安裝不比安裝一套普通攝像機(jī)復(fù)雜，只是前端作好攝像系統(tǒng)的高溫防護(hù)， 中控室將信息接入數(shù)據(jù)圖像處理器。本系統(tǒng)能掃描到攝像機(jī)視角范圍內(nèi)的任何地方。它可以讓處理器處理由用戶在監(jiān)視器屏幕 上定義的36個(gè)測(cè)量區(qū)。能夠直接觀察測(cè)溫區(qū)正指向的地方正是這項(xiàng)技術(shù)的最主要的優(yōu)點(diǎn)，因 為傳統(tǒng)的測(cè)溫儀的一個(gè)主要問(wèn)題是很難確切的知道哪個(gè)區(qū)域正在被測(cè)量，有時(shí)爐內(nèi)大量的粉塵 會(huì)影響到測(cè)量。當(dāng)使用傳統(tǒng)的測(cè)溫儀時(shí)操作者無(wú)法確定測(cè)量條件。而本系統(tǒng)在溫度測(cè)量性能方 面提供了很大的靈活性，36個(gè)溫度測(cè)量區(qū)能疊加在視頻圖像上，并且這些區(qū)域可在圖像范圍內(nèi) 任意移動(dòng)，因此能為操作者提供測(cè)量點(diǎn)的精確信息。測(cè)量區(qū)的大小也可被改變。每個(gè)區(qū)域的溫 度可以設(shè)置來(lái)分別代表此區(qū)域的平均值、最小值、最大值。本系統(tǒng)解決的技術(shù)問(wèn)題(1) 非接觸式測(cè)量不與高溫爐內(nèi)被測(cè)介質(zhì)直接接觸。(2) CCD攝像探頭作為莨接溫度信息采集裝置可以滿足從0'C至2000'C的各種高溫窯爐的 測(cè)溫環(huán)境，并且不會(huì)產(chǎn)生熱慣性，從而避免了由于測(cè)量探頭的熱慣性而帶來(lái)的測(cè)溫不準(zhǔn)確問(wèn)題。(3) 廣角鏡頭可以盡可能多地采集到爐膛高溫圖像，為實(shí)現(xiàn)大范圍高溫窯爐溫度在線圖 像監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。(4) 克服了傳統(tǒng)測(cè)溫方式點(diǎn)測(cè)量的局限性，可以監(jiān)測(cè)全部可視范圍內(nèi)的溫度信息。(5) 對(duì)CCD攝像裝置的黑體爐標(biāo)定以及角度和亮度的歧變修正，保證了測(cè)溫的準(zhǔn)確性和 可靠性。(6) 即可實(shí)現(xiàn)高溫窯爐工況的實(shí)時(shí)監(jiān)視，又可為窯爐運(yùn)行提供實(shí)時(shí)在線的定量溫度信息。(7) 測(cè)量結(jié)果作為高溫窯爐生產(chǎn)工藝調(diào)整的依據(jù)，可以及時(shí)反饋爐內(nèi)重點(diǎn)工況位置偏移 信息、爐況異常報(bào)警信息及爐內(nèi)滅火的主動(dòng)預(yù)見(jiàn)性信息。本系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是如何將高溫窯爐圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度信息。由于本監(jiān) 測(cè)裝置的測(cè)量、處理和計(jì)算以CCD拍攝圖像為測(cè)量界面的，而CCD拍攝圖像又存在色度、亮度、 角度歧變的實(shí)際問(wèn)題，所以對(duì)CCD攝像裝置的黑體爐標(biāo)定、亮度和角度的歧變修正是否準(zhǔn)確將 直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，也是本產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)所在。本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)-測(cè)溫量程范圍0。C 2000。C;測(cè)溫范圍全畫(huà)面范圍，可設(shè)置36個(gè)獨(dú)立測(cè)溫窗口；各窗口位置、大小均可調(diào)；測(cè)量精度1°/。(量程范圍內(nèi))；響應(yīng)時(shí)間小于80ms;溫度信息刷新時(shí)間小于1S;區(qū)域位置判斷精度大于90%;顯示方式在視頻實(shí)時(shí)圖像上(疊加)同步獨(dú)立顯示各窗口溫度值； 控制接口標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制接口； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)24小時(shí)溫度變化記錄； 工作方式連續(xù)，實(shí)時(shí)，在線。本系統(tǒng)采用了綜合單色法和雙色法熱輻射圖像溫度的先進(jìn)檢測(cè)方法。熱輻射圖像溫度的檢 測(cè)方法一般有單色法和雙色法兩種方法。單色法的特點(diǎn)是對(duì)熱輻射圖像的灰度信號(hào)進(jìn)行比較計(jì) 算而得出溫度值，雙色法的特點(diǎn)是采用熱輻射圖像中的紅、綠、藍(lán)三原色信號(hào)之間的比值計(jì)算 而得出溫度值。研究表明，盡管假定熱輻射特性是灰性的，但由于在邊界通過(guò)成像方式檢測(cè)到 的單色輻射能受到邊界反射的影響，沿用灰性物體所遵循的輻射光譜特性進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果很不正常。而由于彩色圖像處理器件中能夠分配給三原色各自存儲(chǔ)單元的信息量只及單色圖像灰度 信息存儲(chǔ)單元信息量的三分之一，而且由于高溫溫度變化范圍較寬，三原色信號(hào)之間相差懸殊， 故雙色法熱輻射圖像溫度檢測(cè)方法的適用范圍也受到了限制。困擾水泥窯的主要問(wèn)題是粉塵 模糊了圖像的輪廓以及原材料的熱輻射系數(shù)發(fā)生變化，熱輻射系數(shù)的變化是由于溫度或表面條 件的改變而造成的。本系統(tǒng)的準(zhǔn)確性關(guān)鍵也在于測(cè)量方法的選擇。采用的熱輻射圖像溫度檢測(cè)方法綜合了單色 法和雙色法熱輻射圖像溫度檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，具體方法為采集一幅彩色圖像，在高溫圖像中 亮度最高的區(qū)域選擇一個(gè)代表性像素，利用其三原色中的任意兩個(gè)原色數(shù)字化數(shù)據(jù)之間的經(jīng)校 正后的比值計(jì)算出參考溫度；將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，由各像素灰度之間的比值與各像素 之間的溫度的四次方之間的比值成正比的關(guān)系，利用參考溫度計(jì)算出熱輻射圖像溫度。CCD高溫?cái)z像探頭的修正由于光學(xué)鏡片組在成像過(guò)程中會(huì)引起圖像亮度衰減以及變形， 而在我們的成像模型中不同像素獲取的能量信息是指所有網(wǎng)格發(fā)射出的輻射能能夠到達(dá)該像 素所對(duì)應(yīng)的角度范圍之內(nèi)的份額之和，變形之后的圖像將不再符合這一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以必須對(duì)圖像亮度以及每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的角度進(jìn)行修正。同時(shí)，由于CCD攝像機(jī)成像過(guò)程中要經(jīng)過(guò)光電、 數(shù)模轉(zhuǎn)換等一系列中間過(guò)程，最后進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)的火焰圖像中像素的三基色(R,G,B)值已不能完全反映相應(yīng)輻射能的大小。所以必須對(duì)輻射圖像中的像素進(jìn)行修正。高溫?cái)z像探頭成像位置以及CCD攝像頭成像靶面的關(guān)系如圖3所示。圖像成像在直徑為6腿的圓形位置，CCD攝像頭靶面為一與該圓相接的矩形，大小為3.6腿X4.8ram。圓與矩形的 中心均為0， CCD靶面對(duì)角線的視場(chǎng)角為120° 。
CCD高溫?cái)z像探頭亮度修正圖像亮度的衰減只是影響到每個(gè)像素所獲得的輻射能的絕對(duì) 值的變化，所以只需在亮度發(fā)生改變的像素所獲取的亮度信息上乘以一個(gè)修正系數(shù)即可。修正 系數(shù)由廠方提供的修正數(shù)據(jù)擬合得出，擬合公式如下所示
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，o為修正系數(shù)，X為像素離耙面中心的距離(單位為咖)。 CCD高溫?cái)z像探頭角度修正假定每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)角度是均分的，建立起像素與網(wǎng)格的一一對(duì) 應(yīng)關(guān)系。而實(shí)際廠家提供的CCD高溫?cái)z像探頭所攝取的圖像由于變形，原來(lái)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系將 被打亂，所以計(jì)算需要根據(jù)實(shí)際CCD高溫?cái)z像探頭的具體情況重新進(jìn)行角度劃分；在后面我們 所提出的一種快速確定火焰中心位置的分析中，每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的角度也起著關(guān)鍵性的作用。 所以我們必須對(duì)角度進(jìn)行精確的角度修正。廠家提供了角度修正的一些數(shù)據(jù)，但是由于在鏡頭 與鏡片組的安裝過(guò)程中安裝精度的問(wèn)題，該數(shù)據(jù)是不可信的，所以必須另想它法。其修正方法 如圖4所示。
CCD圖像監(jiān)視器放在0位置，方向?yàn)樗匠?0A方向)，在距其L米的位置放置一垂直 的標(biāo)尺，標(biāo)尺上標(biāo)有等分的刻度(這里我們使用的是普通坐標(biāo)紙)，然后使用CCD圖像監(jiān)視器 采集該標(biāo)尺的一幅圖像。通過(guò)該圖像確定出標(biāo)尺中每個(gè)刻度對(duì)應(yīng)的成像像素，使用亮度修正中 確定像素距靶面中心的距離方法確定出這些像素距耙面中心0的距離X，然后通過(guò)確定出每個(gè) 刻度對(duì)應(yīng)的成像角度(以圖中的B位置為例)，于是便建立了一系列像素距離耙面中心0的距 離與該像素的成像角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)，擬合出如下公式
a = 19.361171-52.85264X2 +95.84988JT3 -55.56153Z4+12.7944X5 -0.9868X6②
其中，o為像素對(duì)應(yīng)的角度(單位為度)，X為像素離靶面中心的距離(單位為mm)。 需要說(shuō)明的是，由于CCD高溫?cái)z像探頭鏡頭較小，在L足夠大的情況下可以近似將其看 作一個(gè)點(diǎn)。這雖然會(huì)帶來(lái)一定的誤差，但是這樣的誤差是在允許范圍之內(nèi)的。
輻射圖像標(biāo)定在高溫窯爐爐內(nèi)圖像中亮度最高(未飽和)的區(qū)域選擇一個(gè)狹小的象素 區(qū)域，利用其平均三原色中的任意兩個(gè)原色的數(shù)值之間的比值通過(guò)比色法計(jì)算出參考溫度， 該參考溫度決定了重建出來(lái)的溫度場(chǎng)的總體溫度水平(或者說(shuō)溫度數(shù)值的可信程度)。 設(shè)紅光與綠光的波長(zhǎng)分別為與，輻射能圖像中同一像素得到紅光與綠光的數(shù)值為的R和G， 當(dāng)忽略不同波長(zhǎng)下輻射率的變化時(shí)該像素對(duì)應(yīng)的溫度值如下計(jì)算
<formula>formula see original document page 6</formula>
(3)
但是，由于CCD攝像機(jī)成像過(guò)程中要經(jīng)過(guò)光電、數(shù)模轉(zhuǎn)換等一系列中間過(guò)程，最后進(jìn)入計(jì) 算機(jī)內(nèi)的火焰圖像中像素的三基色(R, G, B)值已不能完全反映相應(yīng)輻射能的大小。所以必 須對(duì)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中，是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)黑體爐來(lái)進(jìn)行標(biāo)定的，
黑體爐的溫度是可以精確設(shè)定的，在知道黑體爐溫度的情況下，通過(guò)式3就可以反推出該 溫度對(duì)應(yīng)的i /G值。那么如果通過(guò)CCD攝像機(jī)攝取到該溫度下的一幅圖像，我們就得到該幅 圖像中各像素測(cè)量得到的&_/0_5.，我們?cè)O(shè)它們的比值為h那么它們直接的關(guān)系就為
<formula>formula see original document page 6</formula> ，于是式3變?yōu)槿缦滦问?lt;formula>formula see original document page 7</formula>(4)k便是要標(biāo)定的系數(shù)。本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用基于本機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和 相關(guān)的輻射能理論針對(duì)CCD攝像機(jī)檢測(cè)的爐膛工況，計(jì)算爐膛溫度與重點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)，通過(guò)進(jìn) 一步的分析處理，實(shí)時(shí)、定量的反映爐膛工況，指導(dǎo)機(jī)組人員調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。整個(gè)結(jié)構(gòu)采用 模塊化設(shè)計(jì)原則，由數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面、計(jì)算分析三部分組成。軟件程序流程見(jiàn)圖7?？刂瞥绦虬ㄒ韵虏襟E(1) 、首先啟動(dòng)系統(tǒng)，程序進(jìn)行環(huán)境有效性檢測(cè)，然后對(duì)輸入的用戶名及密碼進(jìn)行確認(rèn);(2) 、用戶名、密碼確認(rèn)有效后，程序變量初始化，采集卡初始化，啟動(dòng)實(shí)時(shí)工作線程程序，即進(jìn)入程序主界面；(3) 、進(jìn)入程序主界面，默認(rèn)為進(jìn)行實(shí)時(shí)錄象，即啟動(dòng)實(shí)時(shí)錄象；如果關(guān)閉錄象、即可 進(jìn)行錄象回放，通過(guò)用戶響應(yīng)，可對(duì)系統(tǒng)主用戶界面進(jìn)行操作；(4) 、如果選擇關(guān)閉系統(tǒng)，則進(jìn)入系統(tǒng)資源回放，初始化信息寫(xiě)入之后系統(tǒng)關(guān)閉；(5) 、如果選擇不關(guān)閉系統(tǒng)，則返回到默認(rèn)實(shí)時(shí)錄象狀態(tài)；(6) 、在系統(tǒng)操作中，如有系統(tǒng)時(shí)間事件發(fā)生，則圖像保存和實(shí)時(shí)計(jì)算線程開(kāi)始，此時(shí) 復(fù)制圖像數(shù)據(jù)計(jì)算緩沖，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算線程，保存錄象數(shù)據(jù)；(7) 、如有采集回放事件發(fā)生，圖像采集線程開(kāi)始，此時(shí)采集圖像到緩沖，同時(shí)更新用 戶界面圖像顯示及時(shí)間顯示?；谀K化的設(shè)計(jì)使得本系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性，便于升級(jí)和維護(hù)。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù) 庫(kù)的建立和維護(hù)遵循就近處理的原則，由所在主機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)資源保 存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于數(shù)據(jù)的分析管理，程序的結(jié)構(gòu)化程度高。"實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)"對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄刷新，記錄的數(shù)據(jù)是有時(shí)效的，是 不斷更新的。該數(shù)據(jù)為溫度顯示和運(yùn)行狀態(tài)顯示提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。"歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)"記錄的是一些典型的或特定時(shí)刻階段的溫度數(shù)值，由該數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù) 據(jù)，可重現(xiàn)某些時(shí)段系統(tǒng)運(yùn)行的歷史趨勢(shì)圖，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的爐膛工況。"圖像記錄數(shù)據(jù)庫(kù)"主要是以連續(xù)變化的形式再現(xiàn)某些時(shí)段爐膛的溫度變化值。便于機(jī) 組運(yùn)行人員觀察爐膛的溫度變化。這是本系統(tǒng)一個(gè)具有特色的技術(shù)表現(xiàn)，也是進(jìn)一步研究將 溫度變化引入控制的技術(shù)關(guān)鍵。"操作記錄數(shù)據(jù)庫(kù)"記錄的是系統(tǒng)運(yùn)行人員所進(jìn)行的系統(tǒng)操作，同吋也記錄系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn) 行的一些操作切換。這樣，便于今后對(duì)系統(tǒng)性能的分析和事故分析。根據(jù)系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了軟件的結(jié)構(gòu)劃分。其中"人機(jī)界面"包括文件、基本設(shè)置、 應(yīng)用設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置、偽彩色設(shè)置、査看及退出系統(tǒng)。人機(jī)界面主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，對(duì)操作 行為進(jìn)行解釋并使系統(tǒng)對(duì)操作指令做出響應(yīng)，建立系統(tǒng)操作界面，開(kāi)辟人工干預(yù)系統(tǒng)的通道 等功能。模塊的運(yùn)行采用多線程方式，提高了系統(tǒng)執(zhí)行效率。"高溫圖像處理模塊"需要完成對(duì)爐膛圖像的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)提取、分析、 處理，獲得爐膛的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供給"算法模塊"。"溫度建立算法模塊"由編譯好的Fortran動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)，主要是計(jì)算溫度場(chǎng)。采用 Fortran語(yǔ)言，是因?yàn)樗诳茖W(xué)計(jì)算方面具有其他編程語(yǔ)言不可替代的優(yōu)勢(shì)。"溫度顯示模塊"向機(jī)組運(yùn)行人員直觀的展示了爐膛工況的溫度分布。機(jī)組人員可自行 選擇不同的爐膛區(qū)域。"運(yùn)行狀態(tài)顯示模塊"主要對(duì)某些敏感的溫度區(qū)域進(jìn)行量化，以數(shù)值、圖像等方式來(lái)指 導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行人員改善對(duì)高溫窯爐的控制?？紤]高溫窯爐運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)物理空間廣，電磁干擾強(qiáng)，系統(tǒng)的硬件布置分為兩個(gè)方面，一是高溫窯爐的CCD攝像裝置的安裝，二是集控室內(nèi)工控機(jī)的放置。兩者之間要求用抗干擾 強(qiáng)的線纜連接。
權(quán)利要求
1. 一種高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫系統(tǒng)，包括分別與高溫電視及CRT相連接的工控主機(jī)，其特征在于所述的工控主機(jī)還包括三個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面及計(jì)算分析，其中數(shù)據(jù)庫(kù)包括實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像記錄數(shù)據(jù)庫(kù)及操作記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，人機(jī)界面包括文件、基本設(shè)置、應(yīng)用設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置、偽彩色設(shè)置、查看及退出系統(tǒng)；計(jì)算分析包括高溫圖像處理模塊、溫度建立算法模塊、溫度顯示模塊及運(yùn)算狀態(tài)顯示模塊；所述的高溫電視采用包括有防護(hù)裝置(1)、傳動(dòng)裝置(2)、控制裝置(3)及攝像裝置(4)的探頭式高溫電視；所述的工控主機(jī)上裝有視頻采集卡，工控主機(jī)利用控制程序完成高溫爐爐內(nèi)視頻圖像的采集，并對(duì)像數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析、處理、計(jì)算、顯示。
2、 如權(quán)利要求l所述的高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于所述的控制程序包括以下步驟.(1) 、首先啟動(dòng)系統(tǒng)，程序進(jìn)行環(huán)境有效性檢測(cè)，然后對(duì)輸入的用戶名及密碼進(jìn)行確認(rèn)；(2) 、用戶名、密碼確認(rèn)有效后，程序變量初始化，采集卡初始化，啟動(dòng)實(shí)時(shí)工作線程程序，即進(jìn)入程序主界面；(3) 、進(jìn)入程序主界面，默認(rèn)為進(jìn)行實(shí)時(shí)錄象，即啟動(dòng)實(shí)時(shí)錄象；如果關(guān)閉錄象、即可進(jìn)行錄象回放，通過(guò)用戶響應(yīng)，可對(duì)系統(tǒng)主用戶界面進(jìn)行操作；(4) 、如果選擇關(guān)閉系統(tǒng)，則進(jìn)入系統(tǒng)資源回放，初始化信息寫(xiě)入之后系統(tǒng)關(guān)閉；(5) 、如果選擇不關(guān)閉系統(tǒng)，則返回到默認(rèn)實(shí)時(shí)錄象狀態(tài)；(6) 、在系統(tǒng)操作中，如有系統(tǒng)時(shí)間事件發(fā)生，則圖像保存和實(shí)時(shí)計(jì)算線程開(kāi)始，此時(shí)復(fù)制圖像數(shù)據(jù)計(jì)算緩沖，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算線程，保存錄象數(shù)據(jù)；(7) 、如有采集回放事件發(fā)生，圖像采集線程開(kāi)始，此時(shí)采集圖像到緩沖，同時(shí)更新用戶界面圖像顯示及時(shí)間顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫爐爐內(nèi)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種直接采集來(lái)自高溫電視的單幀圖像數(shù)據(jù)的高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括分別與高溫電視及CRT相連接的工控主機(jī)，工控主機(jī)還包括三個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面及計(jì)算分析，高溫電視采用探頭式高溫電視；工控主機(jī)上裝有視頻采集卡，工控主機(jī)利用控制程序完成高溫爐爐內(nèi)視頻圖像的采集，并對(duì)像數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析、處理、計(jì)算、顯示。高溫爐爐內(nèi)視頻圖像測(cè)溫結(jié)果可以指導(dǎo)運(yùn)行人員保持高溫窯爐爐膛最佳熱工狀況，從而提高熱工效率，降低污染物生成，提高工料加工質(zhì)量，同時(shí)對(duì)爐膛滅火保護(hù)，避免爐壁結(jié)焦、耐火材料脫落以及對(duì)高溫窯爐進(jìn)行故障診斷都有著重要的作用。
文檔編號(hào)G01J5/48GK101281063SQ200810053148
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者華作昌, 盧愛(ài)澎, 毅 崔, 董宏元, 寧 謝, 費(fèi)建軍, 洪 韓 申請(qǐng)人:天津市電視技術(shù)研究所