灰椎图片熔融性特征温度自动判断算法研究

丁宏刚 黄 琳 陈刚

(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北@武汉@430074)

摘要:阐述了利用计算机图像识别方法对数字灰熔点仪实验后获得的系列灰椎形状变化图片进行灰熔点特征温度自动识别的算法的研究探讨。

关键词:煤灰熔点;特征温度;颜色拾取

1引言

在煤燃烧过程中,灰熔点是决定煤中是否会找程砚中结渣和积灰的关键参数,也是评价美中采用何种燃烧方式的重要依据。测定煤灰熔融性国内外普遍采用熔点法,即将煤灰制成一定尺寸的三角锥体(底边长7mm、高20mm),在一定气体介质中以一定升温速度加热,观察灰锥在受热过程中的形态变化,并记录其4个特征熔融温度:变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)。对煤灰的熔融特性的测定可以采用氧化性气氛或弱还原性气氛,一般采用弱还原性气氛(60%CO+40%CO2)混合气通入加热炉。

除了老式的人工控温、人工观测记录的灰熔点仪外,目前普遍采用的自动测定方法是利用数码摄像或数码拍照技术,把升温过程中一系列的灰锥形态变化拍摄下来,然后根据图片人工或电脑来确定相应的特征温度。目前实验室的自动灰熔点仪采用的就是拍摄一系列图片,然后在几百张图片中采用人工判断的方式得到特征温度,如果可以通过软件自动识别图片中灰熔点特征温度,无疑可以大大提高实验的工作效率。

2特征温度自动识别算法与编程

2.1图像识别范围确定

如图1所示,仪器一次性最多可同时测定5对灰锥样品,这就需要定义每个灰锥样品在图片中的实际范围,如图1,在摄像拍照角度不变的情况下可用鼠标拉选范围的方式确定针对该样品需要分析检测像素颜色值的区域范围,一系列照片采用相同的范围进行分析。

2.2图形边缘识别算法与颜色阀值计算方法:

经典的边缘提取方法是考察图像的每个像素在某个邻域内灰度的变化,利用边缘邻近一阶或二阶方向导数变化规律,用简易方法检测边缘。

2.2.1梯度算子

梯度是图像处理中最为常用的一次微分方法,算法简单易行,但有方向性。这类算子有Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子和Kirsch算子等,它们产生的边缘图像相似。Roberts算子是2×2算子,对具有陡峭的低噪声图像响应最好。其它3个算子都是3×3算子,对灰度渐变和噪声较多的图像处理得较好。

2.2.2高斯怖普拉斯算子

拉普拉斯算子是不依赖于边缘方向的二阶微分算子,它是1个标量而不是向量,具有旋转不变即各向同性的性质,在图像处理中经常被用来提取图像的边缘。通常使用的拉普拉斯算子如下所示。

记录该处的横坐标、纵坐标值,并计算处理算出灰锥当前高度和当前宽度;

判断是否为特征温度;

…

end;

…

2.4运算中特征温度的判别标准

如图2所示,由于国标对于开始变形温度DT定义不严格,本文采用国外自动灰熔点ASTM标准规定的灰锥高度为宽度的两倍为判断依据。软化温度ST为灰锥高度等于宽度,半球温度HT为灰锥高度为宽度的一半,流动温度为灰锥高度为初始高度10%。

图2灰锥变形过程中长宽变化示意图(图1A区域)

3结论

本文通过对灰熔融特性的特征温度计算机自动判定标准、计算机图形识别算法、以及具体颜色拾取的实现的讨论,给出了一种通过计算机自动对灰熔点仪拍摄下来的不同温度下的系列灰锥变形照片进行特征温度的自动判断的实现方法。

参考文献

[1]@孙学信主编.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].中国电力出版社,2002.

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[3]@煤炭科学研究院煤化学研究所. 煤炭化验手册[M].煤炭工业出版社,1983.

[4]@丁宏刚,等. 基于图像识别技术的自动灰熔点测试仪研制 实验技术与管理[J].2005,22(1):6972.

[5]@何晓燕,等. 图像边缘检测算法及在电厂中的应用 电力情报[J]. 2002(1):5051.

作者简介:

丁宏刚(1976-),男,工程师,硕士,主要从事实验室技术与管理工作以及电力企业应用软件开发。