一种燃烧器火焰图像自动对准采集的方法及装置与流程

本发明属于燃烧监测与智能控制，尤其涉及一种燃烧器火焰图像自动对准采集的方法及装置。

背景技术：

1、燃烧器是锅炉、工业炉窑等热能设备的核心，其燃烧稳定性直接影响设备热效率、运行安全和排放水平。火焰图像作为最直观的燃烧状态信息来源，对其进行实时、清晰、完整的采集是实现燃烧优化控制的前提。

2、目前，主流的火焰监测方式包括人工观测和固定式摄像头监测。人工观测主观性强、有安全隐患、无法连续记录。固定式监测装置虽然实现了远程可视化，但其视角固定。在实际运行中，火焰形态会随负荷、风煤配比、气流扰动等因素动态变化，固定的摄像头极易产生视野盲区，导致火焰核心区域偏离视场，采集到的图像不完整甚至丢失，严重影响后续诊断与分析的可靠性。

3、因此，解决固定视角带来的监测盲区问题，实现对动态火焰的自动追踪与对准，是本领域亟待解决的技术难题。

4、有鉴于此，特此提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种燃烧器火焰图像自动对准采集的方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种燃烧器火焰图像自动对准采集的方法，包括以下步骤：

4、s1：获取火焰图像，对所述火焰图像进行全局状态计算，获得运行状态诊断结果；

5、s2：根据所述运行状态诊断结果，若为正常运行状态，则对所述火焰图像进行未燃区特征提取；

6、s3：根据未燃区特征提取结果，进行闭环控制运算，生成探头角度调整量；

7、s4：根据所述探头角度调整量，重复步骤s1至s3，调整探头角度，直至获取最佳图像；

8、其中，所述未燃区是指火焰图像中温度相对较低、燃烧尚未充分进行的区域。

9、优选的，所述闭环控制运算为pid控制运算、模糊pid控制运算或预测控制运算中的一种。

10、进一步的，所述全局状态计算包括：

11、提取火焰图像的灰度信息，计算全局平均亮度和明亮火焰区域占比；

12、并根据以下条件判断运行状态：

13、当 < 0.05时，判断为启停炉/熄火状态，不执行角度微调；

14、当连续n帧内 < 且 ≥ 0.05时，判断为镜头结焦/重度污染状态，不执行角度微调并发出报警；

15、不满足上述条件时，判断为正常运行状态，执行双轴pid微调。

16、进一步的，所述未燃区特征提取包括如下步骤：

17、1)采用高斯滤波对图像进行平滑处理；

18、2)利用最大类间方差法提取未燃区二值化掩码，计算未燃区面积占比；

19、3)计算未燃区的几何重心横坐标；

20、4）采用带有突变阈值判断的一阶指数平滑对重心横坐标进行时序平滑及归一化处理。

21、优选的，所述未燃区面积占比和几何重心横坐标的计算公式为：

22、,,其中，w×h为图像分辨率，为未燃区二值化掩码。

23、进一步的，所述闭环控制运算包括：

24、计算面积误差和水平偏移误差：

25、,'其中，为平滑后的未燃区面积占比，为归一化的未燃区重心横坐标；a为预设的面积目标值，b为预设的重心位置目标值；

26、采用增量式pid分别计算俯仰轴角度增量和水平轴角度增量：

27、并引入死区：当计算出的角度增量绝对值小于死区阈值时，不输出调整量。

28、优选的，所述面积目标值a为0.1，所述重心位置目标值b为0.3。

29、进一步的，所述探头安装于双轴云台上，所述探头角度调整量包括水平轴角度调整量和俯仰轴角度调整量；所述探头的驱动机构为步进电机、伺服电机、音圈电机或压电陶瓷驱动器中的一种。

30、本发明的另一个目的在于提供一种燃烧器火焰图像自动对准采集的装置。

31、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

32、一种燃烧器火焰图像自动对准采集的装置，包括：

33、采集模块：用于采集火焰图像信息，并将图像信息同时发送至执行模块及传输模块；

34、执行模块：接收所述采集模块发送的火焰图像，运行权利要求1至8任一项所述的方法，并指导执行机构进行火焰图像对准；

35、传输模块：接收所述采集模块发送的火焰图像，转换数据协议，将火焰原始图像传输至锅炉炉膛外部；

36、冷却模块：用于冷却所述采集模块、执行模块及传输模块;

37、监测模块：用于监测所述采集模块及传输模块的工作温度、电压、电流；

38、处理模块：用于接收所述传输模块发送的火焰图像数据，将数据处理后进行远程传输。

39、优选的，所述采集模块、执行模块、传输模块安装于套管内，位于锅炉内部、燃烧器旁侧；

40、所述处理模块安装于锅炉外部，具备电转光功能，支持原始1080p数据远程传输100米以上；

41、所述执行模块包括：

42、算法执行单元：运行上述的方法；

43、角度执行单元：根据算法输出结构调整所述采集模块的视场角度；

44、所述冷却模块为风冷式冷却模块或水冷式冷却模块；

45、所述传输模块采用a-phy协议、gmsl协议或fpd-link协议中的一种进行数据传输。

46、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

47、1．本发明通过将未燃区面积稳定控制在画面1/10左右，并将火焰重心对准1/3的位置，确保燃烧器火焰图像处于最优状态，有利于提高有无火判断的准确性，有利于燃烧器燃烧稳定性判断；为燃烧器的风煤配比调节提供可靠的数据，有利于提高燃烧效率；可视化的火焰图像可以实时观看燃烧器的火焰燃烧状态，减少人工检测的频率；提高工作效率，减少人工成本。

48、2.本发明实时监控其面积和位置，配合pid闭环控制持续调节，使燃烧状态始终处于安全窗口；避免爆燃与熄火事故，提升工业安全水平；通过结焦预警减少热辐射事故：及时报警镜头结焦，避免因长期遮挡导致操作人员误判火焰真实状态。

49、3.本发明能够减少污染物排放，高效燃烧可降低co、hc及颗粒物的生成，同时有利于控制nox，避免局部高温区；对于燃气锅炉，不完全燃烧减少也可降低甲烷逃逸。

1.一种燃烧器火焰图像自动对准采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闭环控制运算为pid控制运算、模糊pid控制运算或预测控制运算中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局状态计算包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述未燃区特征提取包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述未燃区面积占比和几何重心横坐标的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闭环控制运算包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述面积目标值a为0.1，所述重心位置目标值b为0.3。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探头安装于双轴云台上，所述探头角度调整量包括水平轴角度调整量和俯仰轴角度调整量；所述探头的驱动机构为步进电机、伺服电机、音圈电机或压电陶瓷驱动器中的一种。

9.一种燃烧器火焰图像自动对准采集的装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述燃烧器火焰图像自动对准采集的装置，其特征在于，所述采集模块、执行模块、传输模块安装于套管内，位于锅炉内部、燃烧器旁侧；