高温炉炉内视频图像测温系统技术方案

本发明专利技术涉及高温炉炉内温度检测系统，尤其涉及一种直接采集来自高温电视的单帧图像数据的高温炉炉内视频图像测温系统。该系统包括分别与高温电视及ＣＲＴ相连接的工控主机，工控主机还包括三个部分：数据库、人机界面及计算分析，高温电视采用探头式高温电视；工控主机上装有视频采集卡，工控主机利用控制程序完成高温炉炉内视频图像的采集，并对像数据进行提取、分析、处理、计算、显示。高温炉炉内视频图像测温结果可以指导运行人员保持高温窑炉炉膛最佳热工状况，从而提高热工效率，降低污染物生成，提高工料加工质量，同时对炉膛灭火保护，避免炉壁结焦、耐火材料脱落以及对高温窑炉进行故障诊断都有着重要的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温炉炉内温度监测系统，尤其涉及一种基于利用辐射图像处理炉内热工检 测原理，对直接采集来自高温电视的单帧图像数据进行提取、分析、处理、计算、显示的测温 系统。技术背景传统的高温炉炉内监测系统对温度的测量都是根据物质的物理化学性质与温度的关系而 来的。对高温炉内工况的温度测量来说， 一般分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量对 被测介质会造成干扰， 一般只能实现点测量；非接触式温度测量由于不与被测介质直接接触， 热惯性小，测量上限不受材料限制等优点而倍受关注。非接触式测量技术也是高温窑炉温度测量的技术发展方向。目前国外已有高温窑炉温度非 接触式测量仪器装置的实际应用，但其设备造价相对昂贵，有些产品也只能实现单点测量。国 内也有这方面的研究和试验，但均处于起步和非成熟阶段，要为高温炉提供优质的图像监测和 准确的温度测量，必须解决如何将高温炉炉内的图像信息转化为相应的温度这一技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高窑炉生产的自动化水平，降低生产的运行成本，提高产品质量和 降低废品率，特研制出一种测温准确、数据可靠的高温炉炉内视频图像测温系统。与传统的高 温炉炉内温度监测系统相比，本系统实现了真正意义上的测量，测量的精确性来自以下几点1.视频来源方面本系统是直接采集来自CCD摄像头的单祯图像用于测温，而不是提取视频流的单祯图像(即 经过压縮的图像)。从而保证了图像来源的高质量。 2温度计算方面-针对黑白图像，本系统使用类似红外测温的原理计算温度，针对彩色图像，本系统使用一 种结合了单色法和比色法测温优点的全新的计算方法计算温度，从而保证了测温原理的高质3.测温计算的结果与显示方面本系统实现了十字架测温与区域测温的有机结合。本系统采取的技术方案是 一种高温炉炉内视频图像测温系统，包括分别与高温电视及CRT 相连接的工控主机，其特征在于所述的工控主机还包括三个部分数据库、人机界面及计算 分析，其中数据库包括实时记录数据库，历史记录数据库、图像记录数据库及操作记录数据库， 人机界面包括文件、基本设置、应用设置、系统设置、伪彩色设置、查看及退出系统；计算分 析包括高温图像处理模块、温度建立算法模块、温度显示模块及运算状态显示模块；所述的高 温电视采用包括有防护装置、传动装置、控制装置及摄像装置的探头式高温电视；所述的工控 主机上装有视频采集卡，工控主机利用控制程序完成高温炉炉内视频图像的采集，并对像数据 进行提取、分析、处理、计算、显示。本系统所达到的有益效果是高温炉炉内视频图像测温结果可以指导运行人员保持高温窑 炉炉膛最佳热工状况，从而提高热工效率，降低污染物生成，提高工料加工质量，同时对炉膛 灭火保护，避免炉壁结焦、耐火材料脱落以及对高温窑炉进行故障诊断都有着重要的作用。 附图说明图1是本专利技术的系统构成方框图并作为摘要附图。 图2是本专利技术采用的探头式高温电视结构示意图。图3是高温摄像探头成像位置及与CCD摄像探头成像靶面的关系示意图。图4是CCD摄像探头角度修正示意图。图5是本专利技术的系统功能框图。图6是本专利技术的系统程序模块框图。图7是本专利技术的控制程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。参照图l、 2，本系统的前端主要是由摄像装置、传动装置、防护装置、控制装置构成的高 温电视。高温电视中的摄像装置是高温探头，高温探头通过传动装置和防护装置探进高温炉炉 内。高温炉炉内物像通过预制孔(或借助观察孔)由耐高温镜头对火焰成像，经镜管传输到其 后的摄像机靶面上转变为电信号再经同轴电缆传给控制室工控主机。传动装置主要由炉壁防护 装置、拖动机构、行程开关、电机和减速机等组成，传动系统的作用是推动摄像探头进出炉膛， 正常情况下探头可长期在炉内工作，在出现报警时控制系统自动控制传动系统将探头退出炉 膛，并自动关闭炉门。传动机构采用抗腐蚀、耐高温和高粉尘的链式装置，电机采用单相电源作动力源，对工业 炉场合的恶劣环境具有极强的适应性。水冷气封防护装置是整个系统安全工作的重要保证。鉴 于工业电视系统工作环境的恶劣情况，本系统在常规水冷探头的一级保护下，又研制开发了炉 壁水冷却基板的二级保护，并对探头进行气封保护，最大限度地降低热交换的同时保证了很好 的监视效果，保证摄像机在高温环境下正常工作。控制装置是专为控制和保护高温工业电视的摄像探头而设计的，控制传动装置的执行动作 和防护警报。电控装置控制电路采用电子技术与电工技术相结合，以逻辑控制电路为核心，伴 以传感器检测电路、电动执行控制电路、报警指示与操作电路，控制电机最终达到控制和保护 摄像探头的目的。电控系统具有完善的全自动保护功能，冷却气气压降低、摄像机环境温度升 高、系统输入电源断电、电机过载等异常情况下均发出声光报警信号并在10秒钟内使摄像机 探头自动退到炉外。]本系统的工作原理木系统是一种视频摄像和由计算机驱动的测温仪的综合应用设备，这 种测温仪能测量监视器屏幕上所看到的图像范围内的区域(由操作者选择)的温度。为了获得 更详细的现场图像，有必要将摄像机的光学物镜靠近处理过程。该装置的物镜放在冷却的并允 许进入高温窑炉的镜头管中。物镜外用蓝宝石覆盖以满足恶劣环境下对镜头的保护。物镜能形 成较大视角的图像，然后通过一系列的传输镜片传送到摄像机。有不同视角和不同光学路径的 镜头可供选择。将摄像机安装在高温窑炉适宜的观测口上上既可看到燃烧区也能看到己形成的 物料。视频信号在处理器内部被数字化并且叠加一些图形元素(像定义测量区域和温度显示的光 标)。最终的图像可在彩色计算机显示器(CRT)上看到。由该装置获得的图像质量是相当好的， 清晰度也极高。用户既可以看到熟料的温度也能得到窑内燃烧区域的一幅清晰画面。图像的不 同视频控制能在控制室内通过连接到处理器的鼠标完成。这种功能允许操作者不需接触炉内摄 像机就可根据自己的需要方便地对图像质量进行优化调整。屏幕菜单则是提供给操作者的另一 友好界面。该装置的安装不比安装一套普通摄像机复杂，只是前端作好摄像系统的高温防护， 中控室将信息接入数据图像处理器。本系统能扫描到摄像机视角范围内的任何地方。它可以让处理器处理由用户在监视器屏幕 上定义的36个测量区。能够直接观察测温区正指向的地方正是这项技术的最主要的优点，因 为传统的测温仪的一个主要问题是很难确切的知道哪个区域正在被测量，有时炉内大量的粉尘 会影响到测量。当使用传统的测温仪时操作者无法确定测量条件。而本系统在温度测量性能方 面提供了很大的灵活性，36个温度测量区能叠加在视频图像上，并且这些区域可在图像范围内 任意移动，因此能为操作者提供测量点的精确信息。测量区的大小也可被改变。每个区域的温 度可以设置来分别代表此区域的平均值、最小值、最大值。本系统解决的技术问题(1) 非接触式测量不与高温炉内被测介质直接接触。(2) CCD摄像探头作为莨接温度信息采集装置可以满足从0'C至2000'C的各种高温窑炉的 测温环境，并且不会产生热惯性，从而避免了由于测量探头的热惯性而带来的测温不准确问题。(3) 广角镜头可以尽可能多地采集到炉膛高温图像，为实现大范围高温窑炉温度在线图 像监测奠定了基础。(4) 克服了传统测温方式点测量的局限性，可以监测全部可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温炉炉内视频图像测温系统，包括分别与高温电视及ＣＲＴ相连接的工控主机，其特征在于：所述的工控主机还包括三个部分：数据库、人机界面及计算分析，其中数据库包括实时记录数据库，历史记录数据库、图像记录数据库及操作记录数据库，人机界面包括文件、基本设置、应用设置、系统设置、伪彩色设置、查看及退出系统；计算分析包括高温图像处理模块、温度建立算法模块、温度显示模块及运算状态显示模块；所述的高温电视采用包括有防护装置（１）、传动装置（２）、控制装置（３）及摄像装置（４）的探头式高温电视；所述的工控主机上装有视频采集卡，工控主机利用控制程序完成高温炉炉内视频图像的采集，并对像数据进行提取、分析、处理、计算、显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩洪，费建军，崔毅，董宏元，谢宁，华作昌，卢爱澎，
申请(专利权)人：天津市电视技术研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]