CN108800195B - 一种利用图像识别校准封闭式红外线炉头燃烧状态方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用图像识别校准封闭式红外线炉头燃烧状态方法，包括：摄像头、燃气/空气供给部件控制系统，其特征在于：首先利用特定的仪器设备使炉头处于最佳燃烧状态，通过摄像头拍摄建立各火力挡对应的标准燃烧面图像库以及燃气供给不足至过量时图像特征和变化规律；通过静态比较标准库与实际燃烧炉头的图像，或利用已获得的图像变化趋势规律，借助图像处理技术，动态选择最优燃烧状态，即可确定最佳工作状态，以及对应的燃气/空气供给部件的参数；在有二次空气供给和二次辐射体炉头中，可同时比较燃烧面和二次辐射体图像，快速判断炉头燃烧状态。

Description

一种利用图像识别校准封闭式红外线炉头燃烧状态方法

技术领域

本发明涉及一种红外线燃烧状态校准技术，具体是适用于封闭式红外线燃烧炉头的利用图像识别校准燃烧状态方法。

背景技术

目前燃气炉具，不管是大气式还是红外线式，都是开放式燃烧，燃气进入炉腔时通过引射吸入部分一次空气，再从燃烧面周围的大气中补充二次空气，除非引射空气处严重受阻或燃烧面周围空间受限(如设计不合理或锅具放上后会出现黄焰)，一般不会出现燃气/空气配比失调的问题，但在封闭式红外线燃烧炉头中(如专利号2016102172158的中国专利所描述的封闭式燃气炉头)，其燃气和空气都是由系统主动供给的，且无二次空气供给，其配比受燃气和空气供给的部件控制，因部件性能参数偏移、使用环境变化(如海拔高地区空气稀薄)导致燃气和空气的实际供给量与系统参数设定的对应关系不一致，此时需要调整燃气/空气供给部件的运行参数。但如何判别燃气/空气配比是否失调呢，一种方法是采用温度传感器测量燃烧面温度，但这只能测量某一个点，不能反应整个燃烧面，随着气流的波动，特别是燃气/空气配比失调时可能出现局部状态好，但整体较差的局面，故不能反应完整真实情形。如果设置多个测量点，则成本将显著上升，且结构设计上也变得复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用图像识别校准封闭式红外线炉头燃烧状态方法，包括带有一定红外识别功能的摄像头或手机摄像头、炉头燃气/空气供给控制系统。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种基于炉头整体燃烧面的图像识别法判断封闭式红外线炉头的燃烧状态的方法，也可转化为燃气/空气配比是否失调的方法。

所述方法可以先根据不同的火力等级所对应的理想燃烧状态，产生标准图像，该图像包含近红外至可见光波长范围，不同材质的炉头燃烧板，其最佳燃烧状态时主辐射频段的波长并不完全相同；可借助一定仪器或设备，使燃气/空气供气环境满足要求(如燃气压力值范围)，燃气/空气的配比接近理论值，再进行小范围的调整(大部分情况下空气供给系数要略大约理论值时燃烧效率最高)，使燃烧面温度达到最佳红外辐射区段(如铁铬铝纤维在910℃～950℃之间，不同材料的红外线燃烧板的最佳红外辐射区段有所不同)，即可产生标准图像，这些标准图像将作为校准时的参考依据。

所述方法可以进一步建立燃气/空气配比失调图像特征和变化规律，固定燃气或空气其中之一的供给不变，缓慢调整另一个供给量，其图像将会发生变化，燃烧面温度也将有所变化，正常情况下火力挡固定时燃气量供给也将固定，则建立从空气不足至空气过量的缓慢变化过程中所对应的图像变化规律，对比处于最佳红外辐射区段时对应的图像，可作为动态调整时的趋势判断依据。

通过简单对比实际封闭炉头燃烧面图像与标准图像库，可静态判断当前炉头的燃烧状态，并根据已获得的燃气/空气失调时图像特征规律进一步判断实际炉头是空气供给不足还是过量，以作为下一步调整的依据，该方法称为静态判断法。

在静态判断法基础上，可根据前述空气不足至空气过量时图像变化规律，并以标准图像作为最优，建立动态判断依据，然后调整实际炉头的空气供给，通过矫枉过正法，动态选择最优燃烧状态，该方法称为动态调整法。

如炉头结构中有给燃烧面提供少量二次空气和存在二次辐射体时，当空气不足时，燃烧面发暗(亮度值低于标准值，从近红外至可见光范围都有差别)，但二次辐射体处却显著发亮，因为燃气与二次空气在二次辐射体处进行再次燃烧产生高于正常的温度值；当燃气不足而空气有富余时，燃烧面也发暗，二次辐射体处因没有再次燃烧，温度较低，此时就可以根据燃烧面和二次辐射体整体图像来识别燃烧状态，进而判断燃气/空气的配比是否合适，从而通知系统进行调整。

校准调整过程不宜过快，因为燃烧面进入稳定燃烧阶段后，存在热惰性，即燃烧面温度变化很缓慢，每次调整需要有时间间隔才会反映到图像上的差异，不同材料的燃烧板其热惰性不同，故间隔时间也不同，需要根据实验结果设定时间间隔。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

该方法简单且成本低，具有广泛的适应性。

具体实施方式

实施例一：假定封闭式燃烧炉头为陶瓷燃烧板，无二次空气供给和二次辐射体，确保燃气供气条件满足使用要求和标准大气压环境中，在封闭燃烧炉头的陶瓷燃烧面上放置一个温度传感器，或者使用非接触式红外测温仪，点火进入稳定燃烧后，将炉头功率挡调至最低挡(燃气量最少时)，微调空气进气压力或风扇速度(大小双方向调整)，记录温度传感器温度值，通过多次调整和温度测量，可形成温度曲线，记录最高点温度和对应的进风风扇速度；多次反复验证，选取平均值作为最高温度和合适风扇速度，作为系统在该功率档位的最佳运行参数，此时使用带有一定红外感应能力的摄像头对准炉头燃烧面进行拍摄，所对应的炉头燃烧状态图像为该档位的标准图像；

为避免局部温度不均匀导致整体燃烧面状态不佳，可以进一步利用专业红外摄像头对准燃烧面拍摄，确定炉头的整体测量温度值，达到最大值时为炉头最佳燃烧状态，将摄像头对准炉头燃烧面进行拍摄，所对应的炉头燃烧状态图像为该档位的标准图像，燃气电磁比例阀和空气风扇所对应的参数值为当前使用环境条件下的最佳值。

上述过程中，利用计算机图像处理算法可以找出最佳燃烧状态时对应的图像色彩范围，以及空气量过多和不足时其色彩的变化趋势规律，为确定调整空气供给部件参数方向提供参考。

调整炉头火力至其他各档，重复上述步骤，即可建立各档位的标准图像库和最佳燃气/空气控制部件参数值；

实际测试中可同时使用手机摄像头对准燃烧面拍摄(需要一段距离，避免饱和曝光)，因为一般手机都具有夜景拍摄功能，即一定的红外线拍摄能力，可同时建立基于手机摄像头的标准图像库和空气供给不足至供给过量时的图像变化规律，以作为手机校准的算法依据。

炉具用户购买封闭式燃烧炉头并在用户现场安装完毕后，初次使用时可先根据系统默认参数点火，燃烧稳定后利用手机摄像头拍摄燃烧面图像，对比炉头厂商提供的标准图像，可确定炉头当前燃烧状态是否最优，如果不是最优，可进一步根据实际图像特征确定空气供给不足还是过量，并确定燃气/空气供给部件参数的调整方向。

启动网络控制的燃气/空气自动调整功能后，图像处理的结果将直接转为燃气电磁阀和空气进气风扇速度的调整，通过边调整边拍摄，即可实现连续的自动校准；拍摄过程可以是连续的，但因燃烧面存在热惰性(即燃烧面温度变化滞后于系统参数调整)，每次调整后需要等待几秒钟才能反应到图像上的变化。

本方案的优点是借助手机进行拍摄和处理，避免专用摄像头，成本低，应用范围广。

实施例二：假定封闭燃烧炉头结构中有二次空气供给通道，且存在铁铬铝纤维二次辐射体，其他结构同实施例一的炉头。

本例可同实施例一方法先建立各挡火力的燃烧面标准图像库和空气供给不足至过量时的图像变化规律，但不同于实施例一的是，整体炉头图像中同时包含燃烧面图像和二次辐射体的图像，需要利用图像处理技术将二者分离开，单独处理各自的图像特征。

由于存在二次空气供给，当一次空气供给不足时，燃烧面燃烧不充分，燃烧温度较低，同时产生较多的一氧化碳或少量未尽燃气，这些可燃气体与二次空气一起流经二次辐射体时，在纤维编织物二次辐射体表面将产生二次燃烧，形成高温区，二次辐射体的辐射显著加强，图像特征也将有明显反映。

当一次空气供给过量时，经过燃烧面的燃气已充分燃尽，燃烧面温度也比理想时低，且烟气将混合较低温度的二次空气一起流经二次辐射体，此时二次辐射体处不会有二次燃烧，二次辐射体温度也较低，炉头整体图像的特征也有明显体现。

根据以上特点，在用户首次使用时，可使用系统默认参数点火后逐步调整空气供给，并同时判断燃烧面图像和二次辐射体图像，并参考对比标准图像，即可较快速判断炉头燃烧状态。

该方法适合于有二次辐射体的封闭式燃烧炉头，可快速判断炉头状态。

上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案所采取的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用图像识别校准封闭式红外线炉头燃烧状态方法，包括带有一定红外感应能力的摄像头、燃气/空气供给部件控制系统，其特征在于：通过摄像头拍摄封闭式红外线燃烧炉头理想状态时的燃烧面图像，建立各档火力时所对应的标准图像库；渐变式调整燃气或空气的供给量，进一步建立燃气不足至燃气过量时的图像特征和变化规律；将实际燃烧状态图像与标准图像库比较，判别实际炉头的燃气/空气配比是否失调，以及调整方向，该调整法称为静态判别法；

在有二次空气供给和二次辐射体炉头中，同时对比燃烧面和二次辐射体图像，当燃烧面亮度不足而二次辐射体亮度较高时判断为空气不足；当燃烧面亮度不足且二次辐射体亮度不高时，则认为空气过量。

2.一种利用图像识别校准封闭式红外线炉头燃烧状态方法，包括带有一定红外感应能力的摄像头、燃气/空气供给部件控制系统，其特征在于：通过摄像头拍摄封闭式红外线燃烧炉头理想状态时的燃烧面图像，建立各档火力时所对应的标准图像库；渐变式调整燃气或空气的供给量，固定燃气或空气其中之一的供给不变，缓慢调整另一个供给量，其图像将会发生变化，燃烧面温度也将有所变化，正常情况下火力档 固定时燃气量供给也将固定，则建立从空气不足至空气过量的缓慢变化过程中所对应的图像变化规律，对比处于最佳红外辐射区段时对应的图像，作为动态调整时的趋势判断依据；

在有二次空气供给和二次辐射体炉头中，同时对比燃烧面和二次辐射体图像，当燃烧面亮度不足而二次辐射体亮度较高时判断为空气不足；当燃烧面亮度不足且二次辐射体亮度不高时，则认为空气过量。