【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳烟催化燃烧与辐射反问题领域，尤其涉及一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法。
技术介绍
1、颗粒物是室外空气污染物的主要来源之一，其是由碳烟和未燃烧的碳质化合物组成的。冶金、运输等各种行业不可避免地会产生大量的碳烟，这些不完全燃烧的碳质生成物危害了城市环境和人类健康的。碳烟颗粒以c-h和c-c键的形式含有化学能，如果可以完全避免碳烟的形成，或者所有最初形成的碳烟颗粒都可以在后期完全氧化，这些化学能可以作为理想热能释放。因此，减少烟尘排放是提高燃烧效率的有效措施。
2、碳烟氧化催化剂的研究始于20世纪80年代初。由于碳烟燃烧是一种简单的氧化反应，不需要具有特殊靶向能力的复杂催化剂，但在对材料有耐高温性和稳定性有苛刻的
3、要求的同时，需要尽可能选择催化效果更好的催化材料。在筛选催化材料需要对其催化效果进行表征，现有表征方式多为热重分析法，即将催化剂与碳烟颗粒混合后加热，分析其质量损失率。此方法对催化剂催化效果的分析具有滞后性，并无法表征催化剂对火焰本身的影响。因此亟需一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，以实时分析催化涂层对于碳烟和火焰本身产生的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案如下：
2、一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，包括催化涂层预混滞止火焰数据采集平台与基于辐射成像的火焰温度场及碳烟特性场同时重建算法，
3、步骤s1：将ccd工业相机所采集的火焰图像进行分装并对其图像进行rgb三通道图像像素强度平均，每组原始图像输出一张合成火焰图像；
4、步骤s2：依次读取步骤s1所输出的合成火焰图像获取其r图像像素强度(gr、gg、gb)，随后通过既定双色法标定多项式获取其rgb三通道图像辐射强度(er、eg、eb)；
5、步骤s3：将rgb三通道图像辐射强度(er、eg、eb)输入火焰参量场辐射反问题模型，求解后获得火焰温度场及碳烟特性场。
6、进一步限定，催化涂层火焰数据采集平台中圆形涂层支架平面、麦肯纳燃烧器喷口平面与ccd工业相机上表面均始终保持水平。
7、进一步限定，催化涂层火焰数据采集平台中燃烧器包括但不限于麦肯纳平焰燃烧器、正扩散火焰燃烧器、反扩散火焰燃烧器、对冲扩散火焰燃烧器等，相机包括但不限于ccd工业相机、cmos工业相机、单反相机等。
8、进一步限定催化涂层火焰数据采集平台中圆形涂层支架圆心始终与燃烧器喷口中心对齐，相机镜头中心始终与圆形涂层支架圆心到燃烧器喷口中心连线中点处对齐，同时确保火焰位于相机镜头成像物像处，相机对火焰进行连续抓拍。
9、进一步限定基于辐射成像的火焰温度场及碳烟特性场同时重建算法中步骤s1中rgb三通道图像像素强度平均过程为：
10、s1.1首先检索并获取指定的待处理图像文件，初始化一个用于存储图像数据的单元数组，其大小与检索到的图像文件数量相匹配，并遍历检索到的图像文件，将每个图像文件读取到单元数组的相应位置；
11、s1.2获取单元数组中第一张图像的尺寸和通道数，初始化一个与第一张图像尺寸和通道数相同的双精度浮点数组，用于存储rgb通道的平均值，并遍历单元数组中的每个图像，将其转换为双精度浮点类型，并累加到数组中；
12、s1.3最后计算数组中每个像素的rgb通道的平均值，将最终的平均rgb值保存为新的图像文件。
13、进一步限定，基于辐射成像的火焰温度场及碳烟特性场同时重建算法中步骤s2双色法标定多项式获取过程为：
14、s2.1首先拍摄黑体炉每个温度下不同曝光时间的图像，并依次从s2.1所得图像中提取指定区域的rgb三通道图像像素强度，并计算这些区域的rgb三通道图像像素强度平均值；
15、s2.2依次拟合每个温度下rgb三通道图像像素强度平均值与曝光时间的线性曲线，剔除误差值后可得该温度下的标准rgb三通道图像像素强度；
16、s2.3通过普朗克黑体辐射定律计算相应温度下的计算rgb三通道图像辐射强度，普朗克黑体辐射定律为
17、
18、其中eλt为波长为λ的单色辐射强度，c1为普朗克第一常数，c2为普朗克第二常数；
19、s2.4对每个温度下的标准rgb三通道图像像素强度和计算rgb三通道图像辐射强度进行取对数处理，随后拟合曲线，获得双色法标定多项式，形如
20、er＝a·xr+c1
21、eg＝b·xg+c2
22、eb＝c·xb+c3
23、其中er,eg,eb为r,g,b的单色辐射强度,a,b,c为系数行向量,xr,xg,xb分别为以gr/te,gg/te,gb/te的幂级数为主对角线元素的对角矩阵,te为相机的曝光时间，c1,c2,c3为常数项。
24、进一步限定，基于辐射成像的火焰温度场及碳烟特性场同时重建算法中步骤s3火焰参量场辐射反问题模型具体获得过程如下：
25、s3.1首先将火焰进行模型简化，视作轴对称光学薄火焰，火焰辐射均来自碳烟颗粒，忽略衰减、散射、自吸收和气体辐射，将碳烟分布视作稀疏粒子系，并属于独立散射系统；
26、s3.2对火焰模型进行离散处理，将火焰本身离散为单元环，将相机接受的图像数据离散为单条辐射线,并构造约束方程组，如下
27、ir＝l·hr
28、ig＝l·hg
29、ib＝l·hb
30、其中，ir,ig,ib为火焰的边界出射辐射强度向量，由相机采集,l是由每根辐射线在每个单元环内的穿越长度组成的系数矩阵，由重建过程中相机布置与火焰的几何位置关系决定；hr,hg,hb是局部辐射源向量,与火焰的温度和碳烟体积分数密切相关；
31、s3.3火焰参量场辐射反问题模型求解方法包括但不限于最小二乘法及吉洪诺夫(tikhonov)正则化。
32、在上述技术方案的基础上，与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术可在线分析催化材料对于火焰温度场和碳烟浓度场的影响，并且能够获得实时的数据反馈；本专利技术可适用于多种火焰工况，耦合分析不同火焰工况所产生的不同火焰温度与碳烟浓度对催化材料性能产生的影响。本专利技术为碳烟催化燃烧催化材料的筛选提供了一种有效方案，为多种燃烧器与内燃机的碳烟处理提供重要参考。
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1.一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述催化涂层火焰数据采集平台中圆形涂层支架平面、燃烧器喷口平面与相机上表面均始终保持水平。
3.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述催化涂层火焰数据采集平台中燃烧器包括但不限于麦肯纳平焰燃烧器、正扩散火焰燃烧器、反扩散火焰燃烧器或对冲扩散火焰燃烧器，所述相机包括但不限于CCD工业相机、CMOS工业相机或单反相机。
4.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述催化涂层火焰数据采集平台中圆形涂层支架圆心始终与燃烧器喷口中心对齐，所述相机镜头中心始终与圆形涂层支架圆心到燃烧器喷口中心连线中点处对齐，同时确保所述火焰位于所述相机镜头成像物像处，所述相机对火焰进行连续抓拍。
5.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述基于辐射成像的火焰温度
6.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述基于辐射成像的火焰温度场及碳烟特性场同时重建算法中步骤S2所述双色法标定多项式获取过程为：
7.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述基于辐射成像的火焰温度场及碳烟特性场同时重建算法中步骤S3所述火焰参量场辐射反问题模型具体获得过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述催化涂层火焰数据采集平台中圆形涂层支架平面、燃烧器喷口平面与相机上表面均始终保持水平。
3.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述催化涂层火焰数据采集平台中燃烧器包括但不限于麦肯纳平焰燃烧器、正扩散火焰燃烧器、反扩散火焰燃烧器或对冲扩散火焰燃烧器，所述相机包括但不限于ccd工业相机、cmos工业相机或单反相机。
4.如权利要求1所述的一种基于光学重建的碳烟颗粒催化涂层效果可视化表征方法，其特征在于：所述催化涂层火焰数据采集平台中圆形涂层支架圆心始终与燃烧器喷口中心对齐，所述相机镜头中...
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