基于图像处理的火焰监视控制系统

文章编号：1006-1576（2007）01-0063-02

基于图像处理的火焰监视控制系统

王艳斌，唐一科，张济生

（重庆大学 机械工程学院，重庆 400044）

摘要：基于图像处理的火焰监视控制系统，由摄像头、A/D卡、计算机、火焰控制设备构成。用DS-400xM D/A卡采集图像，通过Lapalace算子检测边缘。摄像头将摄取的火焰图像信号送入图像监控系统，经D/A处理后实时显示并将压缩视频数据存储。图像监控系统按时间间隔从连续数字视频流中提取单帧数据，转存为BMP文件。系统对实单帧图像数据阈值分割处理后，由DCS再根据输入信号做出判断，当达到最大输出值尚不能控制火焰时进行报警。

关键词：火焰监控系统；图像采集；数字图像处理 中图分类号：TN911.73; TP277 文献标识码：A

Flame Supervision and Control System Based on Digital Image Processing

WANG Yan-bin, TANG Yi-ke, ZHANG Ji-sheng

(College of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

Abstract: The flame supervision and control system based on digital image processing consists of camera, A/D card, computer, flame control device. It gathers image with DS-400xM D/A card and examines the edge through the Lapalace operator. The flame image signal absorbed by the camera will be sent to the image supervision system, then it will be real-time displayed after being processed by D/A and the reduced video data will be saved. Withdrawn from the continual digital video frequency according to the time-gap by the image supervision system, the single frame data is saved to the BMP document. Be made the judgment by the DCS according to the input signal, the system gives a alarm message when the solid single frame image data achieves the maximum output which could not be controlled, after processed by threshold value division.

Keywords: Flame supervision and control system; Image gathering; Digital image processing

0 前言

火焰燃烧状况影响炼钢厂的安全性和经济效益，常用火焰监测装置不能有效地进行火焰检测。故依燃料燃烧特性和火焰图像特征，利用数字处理和计算机技术，设计火焰图像监测系统，对火焰进行实时监测。

1 基于计算机的处理识别控制体系

馈到火焰控制设备，以控制火焰。并将改变后的火焰图像由摄像头、A/D卡再次输入计算机处理，实现对火焰实时检测和监控。如图1，系统默认为“图像监控”方式，通过“抓图开关”与“图像处理开关”将主菜单“系统设置”的“图像监控、图像处理方式”激活。主窗口分为“1图像”、“4图像”（默认）、“10图像”等数目不同的界面窗口。

图1 系统主界面

图2 系统功能选择界面

系统由摄像头、A/D卡、计算机、火焰控制设

备构成。其信号处理流程：火焰图像信号由摄像头输入，由A/D卡传入计算机中进行处理后，将其反系统工作方式分为自动检测图像（默认）和手动自定义。选择默认方式进行图像检测，系统将按默认的处理通道、图像显示间隔、图像格式等采集

收稿日期：2006-09-07；修回日期：2006-11-16 作者简介：王艳斌（1982-），男，安徽人，重庆大学在读硕士，从事机器视觉研究。

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兵工自动化 自动测量与控制 O. I. Automation 2007年第26卷第1期 Automatic Measurement and Control 2007, Vol. 26, No. 1

和处理火焰图像。如需自行定义各参数，可根据需要选择图像处理通道、图像显示间隔等功能。图2为系统所有的功能选择界面。

2 图像分析

系统使用海康威视DS-400xM D/A卡采集图像。采集的火焰为24位彩色图（采集时间间隔为500ms）。如图3。

图3 24位彩色图界面

图像由A/D卡采集，计算机处理。首先把彩色图转为直方图，再用阈值分割法对图像处理。

该系统采用迭带法求最佳阈值分割点：① 求出图像中的最大最小灰度值Z1和Zk，令阈值初值为T0，门限阈值由下式决定：T0=(Zk+Z1)/2。

② 根据阈值Tk将图像分割成目标和背景2部分，求2部分的灰度平均值Z0和ZB：

z(i,j)×N(i,j)

∑z(i,j)×N(i,j)

Zz(i,∑j)0=

k

z(i,∑N(i,j)

ZB=

z(i,j)>Tk

∑N(i,j)

j)z(i,j)>T

k

Z(i, j)是图像上(i, j)点的灰度值，N(i, j)取1。 ③ 求出新阈值：Tk+1=(Z0+ZB)/2

④ 若Tk＝TK+1则结束，否则Tk+1＝TK，转②。如果迭带次数大于100次，计算也结束。

从阈值分析来看，背景全变为黑色，火焰图像全为白色，差异明显，如图4。故阈值分割可行。

图4 阈值分析界面

3 报警系统

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经阈值分割处理后，火焰图像与背景已完全区

分开。通过计算火焰图像像素点的数目，可得到火焰图像面积，然后与要求的图像面积比较，若超过则系统自动报警，如图5。

图5 报警界面

4 火焰图像监控的设计

摄像头将摄取的火焰图像信号送入图像监控系统，经A/D卡采集、量化、压缩、编码，同时在显示器上实时显示，并按要求存储压缩视频数据。该系统按一定时间间隔（例如500ms）从连续的数字视频流中提取单帧数据，存储为BMP文件，系统对实时获得的单帧图像数据进行阈值分割处理。依处理结果，输出4～20mA的标准信号，供给DCS（集散控制系统，该现场已有完善的DCS系统），DCS依输入信号做出判断，当达到最大输出值尚不能控制火焰时，报警。如图6。

火焰图摄像头模拟视频 像信号图像监模拟信号 显示器风冷控系统 控制信号 DCS氦气调节报警控制图6 系统处理流程图

5 结论

本系统采用数字图像处理技术，通过有无火焰的识别，判断其强度是否超过要求，可完成对火焰图像的实时监控。但摄像机镜头被灰尘污染时对火焰辨别、如何减小阈值算法以提高识别率及如何提高软件系统的可靠性、通用性等有待改进。

参考文献：

[1] 何斌, 马天予, 王运坚, 等. Visual C++数字图像处理

[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2001.

[2] 徐伟勇. 数字图像处理技术在火焰检测上的应用[J]. 中

国电力, 1994, l (10): 41-44.

[3] W K Ptatt. Digital Image Processing (2th Edition) [M].

New York: John Wiley and Sons, 1991.

[4] 张国锋. C++6.0语言及其程序设计教程[M]. 北京: 电

子工业出版社, 1992.