高动态范围的火焰温度场分布的测量研究

摘要

燃烧火焰的温度场测量是燃烧领域一个极其重要的问题，它对于燃烧状态的判断、预测和诊断有着十分重要的意义。传统的温度测量只能测量被测点的温度，很难及时地反映整个火焰的燃烧状况。随着计算机技术和电子技术的发展，产生了一种基于数字图像处理的火焰温度测量技术，这种技术可以对火焰图像信号进行定量分析，又为火焰的后续分析和自动监控提供了可能，因此这种方法得到广泛的运用。但是火焰的亮度非常高，并且亮度梯度变化也很大，而一般的CCD或者CMOS的动态范围有限，因此利用一般的数码成像设备只能测量火焰一部分区域的温度。为此我们采用了扩展动态范围的方法，实现了高动态范围的火焰温度测量。 本文首先讨论了有关火焰温度测量的物理基础，在此基础上介绍了几种常见的辐射测温法，并比较了它们的优缺点。重点介绍了基于彩色CMOS的三色测量法的原理，为我们采用数码相机进行火焰温度测量建立了数学模型。 然后，本文是基于数字图像的高动态范围火焰温度测量，运用了图像动态范围扩展理论，建立起动态扩展的算法。 之后详细介绍了整个测温系统的光学成像平台，包括光学结构、支撑结构。向时对整个系统的关键硬件设备(数码相机)进行了特性分析，讨论了彩色图像像素点的灰度值与辐射温度之间的关系。接着，我们介绍了测温系统的软件部分，包括系统的对焦和图像拍摄控制功能块、图像配准功能块、图像合成及温度场计算功能块、火焰温度分布的显示功能块。 最后对火焰温度测量系统进行误差分析，并运用近似黑体的标准A光源对测量系统进行标定，建立了一种温度分段线性拟合的方法，通过实际对蜡烛火焰的测温试验，得到良好的测温结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章火焰温度测量原理

第三章动态范围扩展的实现

第四章爆炸火焰温度测量系统的设计与分析

第五章系统软件的设计

第六章火焰温度测量系统的定标及测温试验

第七章总结与展望

参考文献

致谢