基于光电技术和图像处理技术的高温熔体非接触式测温系统的研究

摘要

有色金属火法熔炼过程中,熔体温度是关键的工艺控制参数.温度高低是否恰当直接关系到熔炼过程能否正常进行、熔炼产品质量是否合格、熔炼设备能否正常安全工作、熔炼过程能耗高低等重要问题,因此,熔体温度测量至关重要.本文在综述目前常用的接触式和非接触式高温检测技术的基础上,针对有色金属熔炼过程工艺复杂,环境恶劣,现有高温测量技术难以实现实时在线检测的情况,研究了将CCD图像传感技术、现代数字图像处理技术与比色高温测量技术相结合,利用工业CCD数字摄像头摄取高温熔体表面的热辐射图像,由此实现高温熔体表面温度场的检测方法.本文结合热辐射理论、CCD器件工作原理、光学系统成像原理和计算机多媒体技术,研究了这种测温系统的设计方法,分析了辐射式测温系统中的CCD摄像器件必须具备的性能,以及选择CCD摄像器件和视频采集卡时应考虑的主要因素.根据高温熔体的物理特性,提出了适用于高温熔体图像识别的目标分割算法.识别算法是先用双峰法和最大方差自动取阈值法分别确定待分割阈值,再根据高温熔体的灰度值一致性,选择较合适的分割阈值,使分割出的目标的灰度值的级别较少,同时使得R通道的高灰度值的数目最多.实验证明,本文提出的识别算法可从不同的热辐射图像中自动地识别出被测高温熔体,有较好的实用性.对用彩色数码相机拍摄的某冶炼厂熔炼炉中的高温熔体图像进行仿真计算的结果表明,该测温方法具有非接触式测温的优点,快速、方便、准确,能计算出高温熔体的表面温度场,有较高的实用价值.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1常用的高温测量方法

1.2高温熔体的温度测量技术概述

1.3数字图像处理技术

1.4基于数字图像处理的温度场检测

1.5研究意义与研究内容

1.5.1研究意义

1.5.2研究内容

第二章非接触式测温原理

2.1热辐射的基本概念

2.2辐射定律

2.3比色测温法的误差分析

2.4基于彩色CCD的比色测温原理

第三章基于彩色CCD的非接触式测温系统

3.1非接触式高温测量系统概述

3.2 CCD图像传感器

3.2.1 CCD的工作原理

3.2.2 CCD的主要技术指标

3.2.3彩色CCD工作原理

3.2.4 CCD摄像机性能分析

第四章非接触式高温测量系统的图像处理技术

4.1热辐射体表面温度场图像的数字化原理

4.1.1可见光信号的分析

4.1.2热辐射图像的数字化

4.2非接触式高温熔体测温系统图像处理流程

4.3图像预处理

4.4图像分割法

4.4.1高温熔体图像灰度直方图分析

4.4.2常用并行式区域分割法

4.5高温熔体识别算法

第五章高温熔体温度场的仿真计算

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5.1.1系统定标测温法

5.1.2定标测温法的数据分析

5.2基于图像处理技术的CCD比色测温法的误差分析和解决方法

结论与建议

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

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