基于光电技术和图像处理技术的高温熔体非接触式测温系统的研究
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摘要
有色金属火法熔炼过程中，熔体温度是关键的工艺控制参数。温度高低是否恰当直接关系到熔炼过程能否正常进行、熔炼产品质量是否合格、熔炼设备能否正常安全工作、熔炼过程能耗高低等重要问题，因此，熔体温度测量至关重要。本文在综述目前常用的接触式和非接触式高温检测技术的基础上，针对有色金属熔炼过程工艺复杂，环境恶劣，现有高温测量技术难以实现实时在线检测的情况，研究了将CCD图像传感技术、现代数字图像处理技术与比色高温测量技术相结合，利用工业CCD数字摄像头摄取高温熔体表面的热辐射图像，由此实现高温熔体表面温度场的检测方法。本文结合热辐射理论、CCD器件工作原理、光学系统成像原理和计算机多媒体技术，研究了这种测温系统的设计方法，分析了辐射式测温系统中的CCD摄像器件必须具备的性能，以及选择CCD摄像器件和视频采集卡时应考虑的主要因素。根据高温熔体的物理特性，提出了适用于高温熔体图像识别的目标分割算法。识别算法是先用双峰法和最大方差自动取阈值法分别确定待分割阈值，再根据高温熔体的灰度值一致性，选择较合适的分割阈值，使分割出的目标的灰度值的级别较少，同时使得R通道的高灰度值的数目最多。实验证明，本文提出的识别算法可从不同的热辐射图像中自动地识别出被测高温熔体，有较好的实用性。对用彩色数码相机拍摄的某冶炼厂熔炼炉中的高温熔体图像进行仿真计算的结果表明，该测温方法具有非接触式测温的优点，快速、方便、准确，能计算出高温熔体的表面温度场，有较高的实用价值。
In fire metallurgy process of nonferrous metal, the temperature of smelting metal is pivotal technologic control parameter. Whether the highness and the lowness of temperature is right relates directly to some important problems, such as whether the fusion process can progress normally, whether the quality of metallurgical product is eligible, whether the fusion metallurgy equipment can work safely, and how much the energy cost is in the process of the fusion, so the temperature measurement of smelting metal is very important. Based on the summarize of the commonly used contact and contactless temperature measurement techniques at present, and aiming at the complexity of the fire metallurgy process of nonferrous metal, the bad condition of the working environment, and the impossibility of using high temperature measurement techniques to do real time measurement on-line nowadays, the temperature measurement method combined with CCD image sensor technique, image processing technology and colorimetry technology
is studied in this paper, by which the thermal radiation images of high temperature smelting metal is taken by using the industrial CCD digital camera and the superficial temperature field of high temperature smelting metal can be measured on-line. In this paper combined with thermal radiation theory, CCD working theory, optical system imaging theory and computer multimedia technology, the design method of this kind of temperature measurement system is studied, and the necessary capability of CCD image sensor in this thermal radiation measurement system and the main factors considered in selecting CCD image sensor parts and image collection "boards are analyzed as well. According to physical characters of high temperature smelting metal, a target segmenting arithmetic fitting for identifying the image of high temperature smelting metal is brought forward. The identifying arithmetic is that by using the double apex method and the automatic threshold-taking method of the max square error to confirm the pendin
g segmentation threshold respectively at first, then according to the consistency of gray-level of
high temperature smelting metal, the better and proper segmentation threshold is selected, so that the gray-level of segmented target is smaller and the amount of gray-level of R color is the most. The experimental results show that the identifying arithmetic, which has much practicability, can recognize the high temperature smelting metal automatically from the different heat radiation images. Some high temperature smelting metal photos shot by color digital camera taken from fusion furnaces of a certain copper metallurgy industry were computed in emulational way. The result shows that this kind of temperature measuring method has merits of contactless temperature measurement, which is fast, convenient and accurate, and the surface temperature field of high temperature smelting metal can be computed, which has high practical value.
In fire metallurgy process of nonferrous metal, the temperature of smelting metal is pivotal technologic control parameter. Whether the highness and the lowness of temperature is right relates directly to some important problems, such as whether the fusion process can progress normally, whether the quality of metallurgical product is eligible, whether the fusion metallurgy equipment can work safely, and how much the energy cost is in the process of the fusion, so the temperature measurement of smelting metal is very important. Based on the summarize of the commonly used contact and contactless temperature measurement techniques at present, and aiming at the complexity of the fire metallurgy process of nonferrous metal, the bad condition of the working environment, and the impossibility of using high temperature measurement techniques to do real time measurement on-line nowadays, the temperature measurement method combined with CCD image sensor technique, image processing technology and colorimetry technology
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引文
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