基于CCD图像传感器的高温温度场软测量系统的研究

论文摘要

基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的非接触高温温度场软测量方法将CCD技术、数字图像处理技术与传统辐射测温方法相结合,能够实现快速、准确的高温场测量,显著提高测量技术水平,因而成为高温检测领域近年来的研究热点。本文在研究分析CCD辐射测温的研究历史和现状的基础上,以高温熔体表面温度场的测试为研究背景,综合运用非接触式辐射测温理论、CCD技术和数字图像处理技术,对高温熔体在线测温系统进行了深入的理论分析与大量的实验研究,取得了如下的研究成果:1.在研究了测温系统所需设备的结构和功能后,提出了测温系统中各设备选型应满足的条件,设计并构建了一套基于彩色CCD图像传感器的非接触式测温系统,详细介绍了组成该系统的各硬件设备,开发了标定和测温软件。2.对于工业现场所拍摄的高温熔体表面覆盖有大量烟雾且难以有效分割的状况,提出了一种多干扰情况下高温辐射体图像目标的分步识别方法。先通过对红、绿基色图像分别进行分割来减小甚至消除高温辐射体图像的各种噪声,然后用改进的最大类间方差算法分割高温目标图像,并运用数学形态学方法对分割结果进行后处理以消除游离点和孔洞,使图像边缘平滑。实验表明,该方法可以快速有效地实现高温辐射体的正确识别。3.提出利用调节光圈和快门组合的方法扩大CCD的测温范围,并通过实验验证了该方法的有效性。4.通过理论推导和实验研究指出,在摄像头前加中性滤光片可以扩大CCD的测温范围,但是扩大的程度有限,且测温下限随滤光片透过率的减少而上升。5.在研究测温系统标定实验原理的基础上,提出了标定实验方案,研发了标定实验系统和基于CCD的高温场软测量系统,并完成了对测量系统的标定。6.在上述工作的基础上,利用基于CCD图像传感器的高温场软测量系统对工业现场的高温熔体进行了测温实验。实验结果表明,所研发的高温场软测量系统测温精度较高,具有较强的实用性和推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 辐射测温典型产品概述
• 1.2.1 火焰检测器
• 1.2.2 红外热成像仪
• 1.2.3 基于CCD的回转窑温度测量系统
• 1.3 CCD辐射测温概述
• 第二章 彩色CCD辐射测温原理
• 2.1 辐射测量原理
• 2.1.1 基本概念与热辐射定律
• 2.1.2 比色测温原理
• 2.2 彩色CCD工作原理
• 2.2.1 CCD的工作过程
• 2.2.2 被测温度与CCD输出信号的关系
• 2.3 基于彩色CCD的比色测温原理
• 2.3.1 CCD比色测温原理
• 2.3.2 CCD比色测温的误差分析
• 2.3.3 测温误差的校正方法
• 第三章 CCD测温系统
• 3.1 非接触式比色测温系统的构成
• 3.2 成像系统
• 3.3 CCD摄像机
• 3.3.1 彩色CCD摄像机的性能参数
• 3.3.2 彩色CCD摄像机的选取
• 3.4 图像采集卡和图像数据处理系统
• 3.4.1 图像采集卡
• 3.4.2 图像采集卡的选择
• 3.4.3 计算机的配置
• 3.4.4 图像处理软件
• 第四章 多干扰高温辐射体目标图像识别技术
• 4.1 图像分割概述
• 4.2 多干扰情况下的高温辐射体目标图像识别
• 4.2.1 多光谱图像分割方法
• 4.2.2 改进的最大类间方差法
• 4.2.3 高温辐射体图像分割方法
• 4.3 实验结果
• 第五章 CCD测温系统测温范围的扩增
• 5.1 测温范围影响因素分析
• 5.2 调节光圈快门组合扩大测温范围
• 5.3 使用中性滤光片扩大测温范围
• 第六章 测温系统的标定与误差分析
• 6.1 标定原理
• 6.2 标定装置
• 6.3 标定实验步骤
• 6.3.1 黑体炉标定实验步骤
• 6.3.2 实验结果
• 6.3.3 误差分析
• 6.4 测温实验
• 6.4.1 黑体炉测温实验结果
• 6.4.2 现场测温实验结果
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果