CN102706459B - 一种单ccd成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单CCD成像系统三维温度场检测装置，包括：耐高温、高压水冷夹套，用于在设备内形成嵌入式保护壳体，通过水冷盘管和惰性气体吹扫对内窥镜光路进行冷却，并保护夹套前端耐压镜片，维持内窥镜的正常工作；内窥镜，用于将高温、高压的炉内的辐射图像通过光路引出炉膛外；彩色工业面阵CCD相机，对可见光波段辐射图像进行成像；数据采集分析单元，采集不同焦平面的辐射图像，利用光学分层成像方法结合比色测温法计算三维温度场。本发明还涉及一种对应的三维温度场测量方法。本发明的技术方案可以实现基于单CCD相机的三维温度场检测，技术方案实现简单，可应用于高温、高压等较为苛刻的测量环境，在工业生产领域易于推广。

Description

一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法

背景技术

煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。气流床煤气化技术采用1300℃至1700℃的气化温度，液态排渣，使气化过程由900℃左右的化学反应控制(固定床)、1100℃左右的化学反应与传递共同控制(流化床)跃升为传递控制。气流床气化炉在高温、高压下运行，可能存在不正常工况，使炉内温度场分布不合理，火焰中心靠近炉壁导致局部温度过高，进而影响气化炉喷嘴和耐火衬里的使用寿命和效率。因此，监测气化炉内火焰特征及温度分布，对温度的监控、防止气化炉等设备的局部温度偏高、判别反应温度范围是否合理以及燃烧状态的判断、预测和诊断等方面有着十分重要的意义。

工业气化炉高温、高压的工作条件，使监测其内部火焰形态、实时温度场及耐火砖工作状态变得十分困难。相对于燃烧炉，较高的炉膛压力极大地局限了气化炉膛的图像采集口数量，基于多视角的三维温度场监测极难实现。因此需要一种能够耐高温及高压的炉膛火焰可视化系统，通过尽可能少的视角实现炉内三维温度场的检测，实现气流床气化装置的长周期稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单视角CCD成像系统的炉膛内三维温度场的检测装置及其检测方法。

本发明总的技术构思是：首先通过光学分层成像方法计算得到空间内不同截面的原始光亮度分布。光学分层成像方法是将三维结构的透明或半透明发光体看作由N层二维截面组合而成，利用固定位置的CCD相机对每层聚焦拍摄，并得到一系列投影图像，然后经算法反演得到每层的截面光亮度分布，由此重建染色体的三维光亮度分布。

厚度为D的三维透明物体发出单色非相干光，光亮度分布为f(x，y，z)，采用物距d_f、像距d_I的光学透镜成像系统对其进行光学成像。假定三维物空间坐标原点在物体左边界，z轴与光轴重合。物空间坐标为(x，y，z)，像面坐标为(x′，y′，z′)。

对位于z′的平面聚焦成像，所得像面的光亮度分布g′(x′，y′，z′)是z′平面的聚焦像和其他各层离焦像的叠加像。由傅里叶光学理论可知，对于线性平移不变光学成像系统，像面上的光亮度函数是相应物面上的光亮度函数和光学成像系统点扩散函数h(x，y，z₁-z′)的卷积，

g₁(x，y，z′)＝f(x，y，z)*h(x，y，z₁-z′)(1)

所关注的是物体本身而非放大或缩小的像，因而将投影所成的像反投影至物空间焦平面上，此时聚焦z′平面时的光亮度分布为

$g(x,y,z^{\′})={\∫}_0^{T}f(x,y,z)*h(x,y,z^{\′}-z)\mathrm{dz}---\left(2\right)$

对其进行离散化，得

$g(x,y,z^{\′})=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x,y,\mathrm{i\Δz})*h(x,y,z^{\′}-\mathrm{i\Δz})\mathrm{dz}---\left(3\right)$

式中：N＝D/Δz，Δz为每层之间的间隔。三维物体可以看作N层平行的二维截面的组合，即聚焦z′平面所拍摄到的图像亮度是z′平面的聚焦像亮度和其他各层离焦亮度的和。保持成像系统与物空间方位不变，沿光轴z依次聚焦不同断面，得到一系列不同的投影图像：

$g(x,y,\mathrm{j\Δz})=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x,y,\mathrm{i\Δz})*h(x,y,\mathrm{j\Δz}-\mathrm{i\Δz})\mathrm{dz},j=\mathrm{1,2},L,N---\left(4\right)$

即

$g_j=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i*h_{j-i},j=\mathrm{1,2},L,N---\left(5\right)$

若不同聚焦条件下的成像系统点扩散函数己知，即可求得各层截面的光亮度分布f_i(i＝1，2，…，N)。

在此基础上，结合比色测温法进行温度场计算。

采用CCD火焰检测系统，运用比色测温法是研究燃烧火焰温度场的主要途径之一。该方法利用彩色CCD获取火焰中高温固体颗粒的辐射亮度信息，通过火焰图像的三原色信息(红色R、绿色G和蓝色B分量)中任意二者的比值求解温度，实现高效的温度分布测量。在此过程中需先进行标定，即校正RGB三基色值，以使其正确反映辐射对象光谱特性在RGB代表性波长下的光谱强度大小。根据Wien辐射定律，人工黑体单色辐射能强度表示为：

$I_{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\λ}}\frac{C_1}{{\mathrm{\λ}}^5}{e}^{-C_2/\mathrm{\λT}}---\left(6\right)$

式中：I_λ为单色辐射强度，W/(sr·m³)；ε_λ为人工黑体的单色辐射率，近似等于1；C₁、C₂为Planck常数，其值分别为3.742×10^-16W·m²和1.4388×10^-2m·K；T为黑体炉温度，K。加入标定系数k_r、k_g和k_b以修正R、G、B三基色值，分别得到三基色波长下的单色辐射强度：

I_λr＝k_rRI_λg＝k_gGI_λb＝k_bB(7)

结合式(6)、式(7)，得

$\left\{\begin{array}{c}{k}_r=\frac{1}{\mathrm{\πR}}\mathrm{\ϵ}\left({\mathrm{\λ}}_r\right)\frac{C_1}{{{\mathrm{\λ}}_r}^5}{e}^{-C_2/{\mathrm{\λ}}_{r}T}\\ k_g=\frac{1}{\mathrm{\πR}}\mathrm{\ϵ}\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\frac{C_1}{{{\mathrm{\λ}}_g}^5}{e}^{-C_2/{\mathrm{\λ}}_{g}T}\\ k_b=\frac{1}{\mathrm{\πR}}\mathrm{\ϵ}\left({\mathrm{\λ}}_b\right)\frac{C_1}{{{\mathrm{\λ}}_b}^5}{e}^{-C_2/{\mathrm{\λ}}_{b}T}\end{array}\right.---\left(8\right)$

式中：λ_r、λ_g和λ_b分别为R、G、B三基色光的代表波长，其值分别为700nm、546.1nm和435.8nm。

标定时将一种基色(如红色基色R)保持不变，对其他两基色数据进行修正，修正后的三基色R′、G′和B′之间的相对大小即可正确反映火焰的相对光谱分布特征，即

R′＝RG′＝c_g×GB′＝c_b×B(9)

式中，修正系数c_g＝k_g/k_r，c_b＝k_b/k_r。根据双色法测温原理，可得火焰图像中任一像素的温度：

$T=-C_2(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_r}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_g})/\ln \left(\frac{I_{\mathrm{\λr}}{{\mathrm{\λ}}_r}^5}{I_{\mathrm{\λg}}{{\mathrm{\λ}}_g}^5}\right)=C_2(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_g}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_r})/\ln \left(\frac{c_g{{\mathrm{R\λ}}_r}^5}{{{\mathrm{G\λ}}_g}^5}\right)---\left(10\right)$

由不同焦距下拍摄得到投影图像，经光学分层成像得到各截面图像的过程中，原始投影图像包含的叠加能量信息通过点扩散函数还原至各截面，反映在各层的光亮度分布f_i(i＝1，2，…，N)内。温度场重建中，运用光学分层成像方法求解各截面火焰图像时以下式计算：

$f_j=g_j-\underset{i=1-j}{\overset{-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i+j}*k_0*h_i-\underset{i=1}{\overset{N-j}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i+j}*k_0*h_i---\left(11\right)$

式中：f_i为各层截面图像；g_i为拍摄的各层原始图像；k₀为高通滤波器，其作用为滤除非焦平面层图像的低频信息，保留高频信息；h_i为不同离焦条件下的点扩散函数。将各层图像分解为红色分量和绿色分量，得到f_i中每一像素的R值和G值，并由式(10)计算各平面内各点的温度T，从而实现三维温度场的测量。

实现本发明上述目的的技术方案是：一种基于单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置。包括耐高温、高压水冷夹套，工业内窥镜，彩色工业面阵CCD相机以及数据采集分析单元。

上述耐高温、高压水冷夹套，用于在高温、高压设备内形成嵌入式保护壳体，通过水冷夹套和惰性气体吹扫对内窥镜光路进行冷却，并保护水冷夹套前端镜片以防止其被污染，确保内窥镜的工作环境；

所述工业内窥镜，用于将高温、高压的炉内的辐射图像通过光学镜头引出工业炉膛外，并与工业相机接口进行匹配；

所述彩色工业面阵CCD相机，包括普通CCD相机或CCD光场相机，对不同焦平面的可见光波段辐射图像进行成像，并分解转换为红、绿、蓝三路波段辐射信号；

所述数据采集分析单元，采集不同焦平面图像的红、绿、蓝三路波段辐射信号，利用光学分层成像方法结合比色测温法计算三维温度场。

所述的单CCD成像系统三维温度场测量装置，其特征在于，空间内各某一聚焦平面的截面温度分布，是通过光学分层成像方法得到的截面光亮度分布，结合比色测温法通过计算得到的。针对普通工业面阵CCD相机，可通过调节成像系统焦距，使其在不同焦平面下分别聚焦拍摄系列图像，再经时均处理和光学分层成像计算后得到各截面的平均光亮度分布，再经双色法计算截面温度分布，组合得到空间内时均三维温度场；针对工业面阵CCD光场相机，其可在一次快门下同时获得不同焦平面的光亮度分布，经光学分层成像计算后得到同一时刻各截面的瞬时光亮度分布，再经双色法计算截面温度分布，组合得到空间内瞬时三维温度场，该相机亦适用于时均三维温度场的计算。

所述的待测物体为温度范围为1000K～3000K的具有连续辐射特性的透明或半透明高温物体。

所述比色测温法的适用波段为450nm～750nm的可见光波段。

一种单CCD成像系统的炉内三维温度场检测方法，其特征在于，该方法包括：

通过光学透镜，将不同焦距下的待测物体的辐射图像投影至像面；

利用普通面阵CCD相机或CCD光场相机获得不同焦平面下的投影光亮度分布；

利用光学分层成像方法，得到空间内不同焦平面对应的截面光亮度分布；

利用比色测温法，结合各截面的原始光亮度分布，计算各截面的温度分布，并组合而成三维温度分布。

本发明由于采用耐高温、高压的水冷夹套作为内窥镜的保护装置，其适用范围广，不但可用于类似于气化炉内高温、高压、多粉尘的恶劣环境，亦适用于普通燃烧锅炉的火焰检测。在还原三维温度场时由于采用单CCD相机的简便方式，其装置简单易行，使用普通CCD相机时能够还原时均温度场，而使用CCD光场相机时，能够同时还原瞬时温度场与时均温度场，能够适用于不同要求和场合。本发明亦可用于非炉内火焰的三维温度检测，成像光路不止局限于内窥镜，可变焦距的镜头亦可适用于本检测方法。

本发明的优点

1.与现有技术中依靠多个视角获得不同角度辐射图像的测量方法相比，本发明在测量时采用单CCD成像系统，通过光学变焦成像或光场相机成像的方式，结合光学分层成像方法和比色测温方法，通过单视角还原高温物体的三维温度场，因此本发明具有炉体开孔少，且相机布置位置和方式简单，对于炉体开口有局限的炉膛，有更强的适应性。

2.与现有技术中炉膛应用较为局限的特性相比，本发明由于采用耐高温、高压的水冷夹套作为内窥镜成像系统的保护，不但能适用于普通高温燃烧炉膛的温度场检测，更可适用于高温、高压的气化炉炉膛的三维温度场测量。

3.技术实现方案较为简单，内窥镜、工业面阵CCD相机均为非常成熟的商业产品，且两者匹配方式多样，前期标定方式较为成熟，因此整套系统的成本不高，性能稳定，在高温、高压等工业生产领域易于推广应用。

附图说明

图1为本发明单CCD成像系统的炉内三维温度场检测装置的实施例结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明单CCD成像系统的炉内三维温度场检测装置的实施例结构图，如图所示，本实施例的温度场测试装置包括：内窥镜光路11、内窥镜焦距调节装置12、彩色工业面阵CCD相机13以及数据采集分析单元14构成的火焰图像采集分析装置1；水冷夹套吹扫气入口21、水冷夹套冷却水入口22、水冷夹套冷却水出口23、水冷盘管24、水冷夹套吹扫气出口25以及水冷夹套前端石英镜片26构成的耐高温高压水冷夹套2；待测物体3。其中，彩色工业面阵CCD相机13可为普通CCD相机或CCD光场相机，通过焦距调节装置12对不同焦平面的可见光波段辐射图像进行成像，获取待测物体3的可见光波段辐射信号。数据采集分析单元14以工作站电脑为平台，采集不同焦平面图像的红、绿、蓝三路波段辐射信号，利用光学分层成像方法结合比色测温法计算三维温度场。水冷夹套通过冷却水流经水冷盘管24进行冷却，水冷夹套前端开口，惰性气体自吹扫气出口25持续吹出以保证水冷夹套前端石英玻璃26的清洁，两者共同维持内窥镜11的正常工作环境。

上述的待测物体是指温度范围在1000K～3000K的具有连续辐射特性的透明或半透明高温物体，其在CCD传感器的波段响应区间内的自发辐射强度要远远大于背景环境反射辐射强度的干扰，使得CCD传感器获得的测量信号能够直接定量反映高温物体自发辐射强度的大小。

参考图1所示，应用上述发明单CCD成像系统的炉内三维温度场检测装置实施例的测量方法过程具体如下所述。

首先通过光学分层成像方法计算得到空间内不同截面的原始光亮度分布。光学分层成像方法是将三维结构的透明或半透明发光体看作由N层二维截面组合而成，利用固定位置的CCD相机对每层聚焦拍摄，并得到一系列投影图像，然后经算法反演得到每层的截面光亮度分布，由此重建染色体的三维光亮度分布。聚焦z′平面所拍摄到的图像亮度是z′平面的聚焦像亮度和其他各层离焦亮度的和。保持成像系统与物空间方位不变，沿光轴z依次聚焦不同断面，得到一系列不同的投影图像。

若不同聚焦条件下的成像系统点扩散函数已知，即可求得各层截面的光亮度分布。为了准确利用光学分层成像法还原气化炉轴向各层截面火焰图像，需确定不同离焦条件下成像系统的点扩散函数。成像系统的点扩散函数由镜头的点扩散函数、CCD相机的点扩散函数以及采集系统和显示电路的点扩散函数组合而成，将成像系统视为黑箱，仅考虑输入图像与输出图像，采用实验测量的方法求得全系统的点扩散函数。

点扩散函数可由成像系统的光学传递函数经傅里叶逆变换得到。采用内窥镜-CCD相机组合的图像采集系统，拍摄不同条件下的标准图像，得到不同离焦和聚焦条件下的图像作为后续计算的基础。在计算过程中，某固定物面位置处调节焦距使系统离焦，假定一系列光程差条件，通过Stokseth近似式计算光学传递函数，再经傅里叶逆变换得到系列点扩散函数，实际拍摄得到的聚焦清晰图像与该点扩散函数卷积计算后可得系列计算离焦模糊图像，此与拍摄的实际离焦模糊图像比较，系列中两者最为接近的光程差条件对应的点扩散函数，即为该离焦条件下的实际点扩散函数。利用上述算法计算得到若干个物面位置、红色波长(700nm)和绿色波长(546.1nm)条件下共一系列离焦点扩散函数矩阵。

在此基础上，结合比色测温法进行温度场计算。基于双色法原理的图像测温，需首先采用黑体炉对CCD成像系统进行标定，得到两种波长条件下的光亮度比值与温度之间的关系，通过双色法温度计算式即可得到图像中各像素点对应的高温物体温度。

由不同焦距下拍摄得到投影图像，经光学分层成像得到各截面图像的过程中，原始投影图像包含的叠加能量信息通过点扩散函数还原至各截面，反映在各层的光亮度分布内。温度场重建中，运用光学分层成像方法求解各截面火焰图像时以下式计算。

将各层图像分解为红色分量和绿色分量，得到各层光亮度分布中每一像素的R值和G值，并由双色法温度计算式计算各平面内各点的温度T，从而实现三维温度场的测量。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

实施例1

基于多喷嘴对置式水煤浆气化炉热态试验平台，应用本发明所述单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法，还原多喷嘴对置式气化炉内三维温度场。

以水煤浆为气化介质，四喷嘴水平互成90°对置，双通道喷嘴内通道由螺杆泵计量输送水煤浆进入炉膛，环隙输送氧气以实现燃料的雾化，四路氧气、水煤浆在炉内剧烈撞击燃烧，并进行气化反应生成合成气。四喷嘴水煤浆流量各为11.50kg/h，氧气流量范围5.70Nm³/h～6.30Nm³/h，控制氧碳比在0.9至1.0内变化，可稳定连续操作。

水冷夹套冷却水流量800L/h，吹扫气流量3.0m³/h以维持内部内窥镜光路正常的工作环境。采用高分辨率CCD工业相机，通过调节内窥镜焦距，获取不同焦平面的炉内辐射图像。

CCD工业相机在使用前经过高温黑体炉标定。成像系统参数通过Stokseth近似式计算光学传递函数，再经傅里叶逆变换得到点扩散函数。分别得到9个物面位置、红色波长(700nm)和绿色波长(546.1nm)条件下的一系列点扩散函数矩阵，参与后续计算。

将单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置安装于气化炉炉顶，轴向向下垂直拍摄炉内图像。调节内窥镜焦距，分别对气化炉内9个物面位置分别聚焦成像，并各分解为红色分量及绿色分量，参与后续计算。

利用测量光学分层成像计算各物面位置的截面光亮度分布，结合比色测温法，计算得到各层截面温度分布，整合得到炉内三维温度场。四喷嘴撞击平面中心温度达到2300K以上，炉壁耐火砖温度1600K以下，撞击平面以上至炉顶间温度随高度的升高而降低，炉顶耐火砖温度亦在1600K以下，火焰温度达到1900K左右。

在不同氧碳比条件下计算得到水煤浆气化炉内三维温度场，由放置在对应面位置的热电偶进行验证，计算结果符合测量结果。

综上，本发明通过水冷、吹扫以及石英镜片等方法实现了耐高温、高压、炉内颗粒等苛刻条件下的炉膛三维温度场还原，装置安装简便，操作稳定，计算结果可靠。

Claims (9)

1.一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置，其特征在于，该装置包括：耐高温、高压水冷夹套，工业内窥镜，彩色工业面阵CCD相机以及数据采集分析单元；

所述耐高温、高压水冷夹套，用于在高温、高压设备内形成嵌入式保护壳体，通过水冷夹套和惰性气体吹扫对内窥镜光路进行冷却，并保护水冷夹套前端镜片以防止其被污染，确保内窥镜的工作环境；

所述工业内窥镜，用于将高温、高压的炉内的辐射图像通过光学镜头引出工业炉膛外，并与工业相机接口进行匹配；

所述彩色工业面阵CCD相机，包括普通CCD相机或CCD光场相机，对不同焦平面的可见光波段辐射图像进行成像，并分解转换为红、绿、蓝三路波段辐射信号；

所述数据采集分析单元，采集不同焦平面图像的红、绿、蓝三路波段辐射信号，利用光学分层成像方法结合比色测温法计算三维温度场；

水冷夹套内的石英镜片面积很小，能够使本套装置工作在高压条件下，同时水冷夹套内环隙通惰性吹扫气，能够保护该石英镜片，防止其受到颗粒杂质的污染，该装置适用于如气化炉类的高温、高压且炉内含有大量颗粒的炉膛环境；

水冷夹套通过冷却水流经水冷盘管进行冷却，水冷夹套前端开口，惰性气体自吹扫气出口持续吹出以保证水冷夹套前端石英镜片的清洁，两者共同维持内窥镜的正常工作环境。

2.如权利要求1所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置，其特征在于，通过水冷盘管的冷却作用实现最大程度的温度保护，结构简单，便于维护。

3.如权利要求1所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置，其特征在于，石英镜片后的管道内可插入内窥镜或光纤光路，该管道与炉膛隔压隔热，因此可方便地进行内窥镜的更换；内窥镜光路通过小孔成像原理将炉内图像导出至CCD相机；针对高压环境，该管道出口可配压力控制阀门，避免所述的石英镜片意外损坏而造成压力泄露的危险。

4.如权利要求1所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置，其特征在于，待测物体为温度范围为1000K～3000K的具有连续辐射特性的透明或半透明高温物体。

5.如权利要求1所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置，其特征在于，所述可见光波段为450nm～750nm。

6.一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测方法，其特征在于，该方法包括：

通过光学透镜，将不同焦距下的待测物体的辐射图像投影至像面；

利用普通面阵CCD相机或CCD光场相机获得不同焦平面下的投影光亮度分布；

利用光学分层成像方法，得到空间内不同焦平面对应的截面光亮度分布；

若不同聚焦条件下的成像系统点扩散函数已知，即可求得各层截面的光亮度分布；为了准确利用光学分层成像法还原气化炉轴向各层截面火焰图像，需确定不同离焦条件下成像系统的点扩散函数；成像系统的点扩散函数由镜头的点扩散函数、CCD相机的点扩散函数以及采集系统和显示电路的点扩散函数组合而成，将成像系统视为黑箱，仅考虑输入图像与输出图像，采用实验测量的方法求得全系统的点扩散函数；点扩散函数可由成像系统的光学传递函数经傅里叶逆变换得到；采用内窥镜-CCD相机组合的图像采集系统，拍摄不同条件下的标准图像，得到不同离焦和聚焦条件下的图像作为后续计算的基础；在计算过程中，某固定物面位置处调节焦距使系统离焦，假定一系列光程差条件，通过Stokseth近似式计算光学传递函数，再经傅里叶逆变换得到系列点扩散函数，实际拍摄得到的聚焦清晰图像与该点扩散函数卷积计算后可得系列计算离焦模糊图像，此与拍摄的实际离焦模糊图像比较，系列中两者最为接近的光程差条件对应的点扩散函数，即为该离焦条件下的实际点扩散函数；计算得到若干个物面位置、红色波长和绿色波长条件下共一系列离焦点扩散函数矩阵；

利用比色测温法，结合各截面的原始光亮度分布，计算各截面的温度分布，并组合而成三维温度分布。

7.如权利要求6所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测方法，其特征在于，所述空间内不同焦平面对应的截面光亮度分布是利用光学分层成像方法计算得到的，而对应各截面的温度分布，是通过比色测温法计算得到的；针对普通工业面阵CCD相机，可通过调节成像系统焦距，使其在不同焦平面下分别聚焦拍摄系列图像，再经时均处理和光学分层成像计算后得到各截面的平均光亮度分布，再经双色法计算截面温度分布，组合得到空间内时均三维温度场；针对工业面阵CCD光场相机，其可在一次快门下同时获得不同焦平面的光亮度分布，经光学分层成像计算后得到同一时刻各截面的瞬时光亮度分布，再经双色法计算截面温度分布，组合得到空间内瞬时三维温度场，该相机亦适用于时均三维温度场的计算。

8.如权利要求6所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测方法，其特征在于，该红色波长为700nm。

9.如权利要求6所述的单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测方法，其特征在于，该绿色波长为546.1nm。