CN109580043B - 基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法。红外相机Ⅰ、红外相机Ⅱ在同一时刻分别对监测壁面Ⅰ和监测壁面Ⅱ拍照，并将照片传送到图像处理系统中，图像处理系统将t时刻的监测壁面Ⅰ的红外热像图与t‑1时刻的红外热像图进行处理，同理，图像处理系统将t时刻的监测壁面Ⅱ的红外热像图与t‑1时刻的红外热像图进行处理，当图像处理系统得到的t时刻和t‑1时刻的监测壁面Ⅰ和监测壁面Ⅱ的温度变化率小于1％，那么就判定房间型量热计的工况已稳定，输出最短稳定时间t_s。本发明能够对房间型量热计的工况稳定情况进行测试和分析，且能减少工况稳定的等待时间。

Description

基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法

技术领域

本发明属于工况测试与判定领域，具体涉及一种基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法。

背景技术

随着房间空调器的日益普及，对其性能要求也越来越高，空调产品及性能的要求也越来越高，空调检测设备的精度、效率及能耗要求也越来越高，为此，国内许多空调企业积极根据生产需要和资金力量，从日本、美国引进先进的测试设备。目前业内对房间空气调节器进行制冷量测试的主要方法有两种：房间型量热计和空气焓值法。相对于焓差试验室而言，平衡环境型房间量热计对空气调节器制冷量的测试较为准确，适用于生产厂家产品开发的最终检测、焓差实验室的精度校正和产品质量监督检测部门的抽查认证，同时也是出口欧美的空调器的必备的检测设备。

房间型量热计法是测定房间空调器制冷能力和制热能力的重要方法，是国际标准化组织推荐并已为我国所采用的标准方法。与焓差法相比，其特点是能够保持空调器在试验时的工作状态与使用时一致。其测量原理是热平衡法，其所依赖的试验系统是对封闭在隔热围体之内的介质建立热平衡关系。因此房间型量热计需要高精度的测试装置，测试系统复杂，测控要求高，工况稳定时间长。

为了保证房间型量热计试验在稳定的工况下进行，对房间型量热计的工况的稳定性提出了较高的要求。虽然工作环境是房间型量热计试验中影响测量精度的重要因素之一，但是当前对其稳定性的判定多来源于其经验数据，而缺乏在理论方面的研究。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法，能够对房间型量热计的工况稳定情况进行测试和分析，且能减少工况稳定的等待时间。

本发明的技术方案如下：

一、一种基于红外相机的房间型量热计工况采集装置

装置包括位于房间型量热计房间内的红外相机Ⅰ、红外相机Ⅱ、监测壁面Ⅰ、监测壁面Ⅱ和图像采集器，监测壁面Ⅰ和监测壁面Ⅱ分别为房间两侧内壁，红外相机Ⅰ、红外相机Ⅱ均安装固定于房间中间，红外相机Ⅰ和红外相机Ⅱ摄像头分别朝监测壁面Ⅰ和监测壁面Ⅱ，红外相机Ⅰ和红外相机Ⅱ均连接至图像采集器。

还包括位于房间型量热计房间内的空气处理机组和待测机，空气处理机组与待测机相对布置，空气处理机组通过传感器与待测机相连。

所述红外相机Ⅰ和红外相机Ⅱ为生成红外热像图和温度值的红外相机。

所述图像采集器连接至图像处理系统。

具体实施中，正常测试工况下，空气处理机组配合待测机设定值实现自调，使房间型量热计达到热平衡，即达到工况稳定。

二、基于上述装置的一种基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法

包括以下步骤：

步骤1：采用红外相机Ⅰ和红外相机Ⅱ分别获取房间型量热计工况稳定过程中监测壁面Ⅰ和监测壁面Ⅱ的红外热像图，然后将获取的红外热像图通过图像采集器传输至图像处理系统；

步骤2：图像处理系统从接收到的红外热像图中提取温度值；

步骤3：根据红外热像图中判定房间型量热计的工况稳定情况。

所述步骤1中，采用红外相机Ⅰ和红外相机Ⅱ分别对房间型量热计工况稳定过程中的监测壁面Ⅰ和监测壁面Ⅱ进行拍摄，每间隔1分钟拍摄一次，同时将拍摄的红外热像图传输至图像处理系统直至系统达到稳定停止拍摄。

所述步骤2中，首先通过红外相机读取得到最高温度值、最低温度值，然后通过图像处理系统将红外热像图转化为灰度图，确定最高温度值、最低温度值对应像素点的灰度值，根据最高温度值及其对应的灰度值、最低温度值及其对应的灰度值拟合出温度值对应灰度值的函数，并计算出红外热像图中每个像素点的灰度值所对应的温度值。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：划分红外热像图区域

所述监测壁面Ⅰ的红外热像图上的每个像素点分别对应着不同温度值，将监测壁面Ⅰ的红外热像图分割为x×y个区域，x×y个区域中每个子区域为一个p×q大小的像素矩阵；

步骤3-2：计算温度差

设第ij个区域为x×y个区域中其中一个子区域，即i∈p，j∈q，获取在t时刻第ij区域的像素矩阵A_t,ij和t-1时刻第ij区域的像素矩阵A_t-1,ij，即为第ij区域在t时刻的温度值和第ij区域在t-1时刻的温度值，进行矩阵运算得到第ij区域中所有像素点在t-1到t时刻的温度变化率，选取第ij区域中所有像素点温差变化率最大值e_t,ij，即得第ij区域在t-1到t时刻的最大温度变化率；

步骤3-3：判定系统稳定

1)对x×y个区域中每个子区域均进行步骤3-2处理，将每个子区域的最大温度变化率进行比较得到x×y个区域中的最大温度变化率，当x×y个区域中的最大温度变化率小于1％，则说明监测壁面Ⅰ达到稳定，输出x×y个区域中的最大温度变化率对应的t时刻，即为监测壁面Ⅰ的最短稳定时刻t_A；

步骤3-4：重复步骤3-1～步骤3-3，对监测壁面Ⅱ的红外热像图进行处理，输出监测壁面Ⅱ的最短稳定时刻t_B；

步骤3-5：根据以下公式计算房间型量热计工况稳定最短时刻t_s：

t_s＝max{t_A,t_B}

其中，t_A为监测壁面Ⅰ的最短稳定时刻，t_B为监测壁面Ⅱ的最短稳定时刻，t_s为房间型量热计工况稳定最短时刻。

所述步骤3-2中矩阵运算的计算过程如下

1)将t时刻第ij区域的像素矩阵A_t,ij减去t-1时刻第ij区域的像素矩阵A_t-1,ij得到第ij区域在t-1到t时刻的温度差矩阵△A_t,ij；

2)获取第ij区域中其中一个像素点的温度变化率

设第mn像素点为第ij区域中其中一个像素点，从t-1时刻第ij区域的像素矩阵A_t-1,ij中获取第ij区域中第mn像素点在t-1时刻的温度a_t-1,ij,mn，从第ij区域在t-1到t时刻的温度差矩阵△A_t,ij中获取第ij区域中第mn像素点在t-1到t时刻的温度差△a_t,ij,mn；

第ij区域中第mn像素点上的温度在t-1到t时刻的温度变化率c_t,ij,mn的公式计算如下：

其中，c_t,ij,mn表示为第ij区域中第mn像素点上的温度在t-1到t时刻的温度变化率，△a_t,ij,mn表示为第ij区域中第mn像素点在t-1到t时刻的温度差；a_t-1,ij,mn表示为第ij区域中第mn像素点在t-1时刻的温度；

4)获取第ij区域中所有像素点在t-1到t时刻的温度变化率C_t,ij。

本发明的有益效果：

本发明能够对房间型量热计的工况稳定情况进行测试和分析，且能减少工况稳定的等待时间，测量精度高，应用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明的图像区域分割示意图。

图中：房间型量热计(1)、空气处理机组(2)、待测机(3)、红外相机Ⅱ(4)、图像采集器(5)、监测壁面Ⅰ(6)、监测壁面Ⅱ(7)、红外相机Ⅰ(8)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明的结构示意图，监测壁面Ⅰ6和监测壁面Ⅱ7分别为房间两侧内壁，红外相机Ⅰ8、红外相机Ⅱ4均位于房间中间位置，红外相机Ⅰ8和红外相机Ⅱ4摄像头分别朝监测壁面Ⅰ6和监测壁面Ⅱ7，前无遮挡物，红外相机Ⅰ8和红外相机Ⅱ均通过图像采集器5连接至图像处理系统。

如图2所示为本发明的流程图，首先红外相机Ⅰ8、红外相机Ⅱ4在同一时刻分别对监测壁面Ⅰ6和监测壁面Ⅱ7拍照，并将照片传送到图像处理系统中，由于图像处理系统是对不同时刻的同一监测壁面的红外热像图进行处理，所以第t-1时刻得到的红外热像图需在得到第t时刻的红外热像图后才可进行处理。记录第t时刻对监测壁面Ⅰ6拍的红外热像图标记为A_t，记录第t时刻对监测壁面Ⅱ7拍的红外热像图标记为B_t。

图像处理系统将t时刻的监测壁面Ⅰ6标记为A_t的红外热像图与t-1时刻的标记为A_t-1的红外热像图进行处理。同理，图像处理系统将t时刻的监测壁面Ⅱ7标记为B_t的红外热像图与t-1时刻的标记为B_t-1的红外热像图进行处理。当图像处理系统得到的t时刻和t-1时刻的监测壁面Ⅰ6和监测壁面Ⅱ7的温度变化率小于1％，那么就判定房间型量热计的工况已稳定，输出最短稳定时间t_s。

如图3所示为本发明的图像区域分割。将红外相机Ⅰ8在t时刻和t-1时刻拍照得到的监测壁面Ⅰ6的红外热像图划分成x×y个p×q大小的像素矩阵，将t时刻与t-1时刻的同一区域的像素矩阵进行运算。

如图2所示，本发明包括以下过程：

待测机在要求的工作状态下运行，空气处理机组通过待测机上的传感器数据传输接收获得待测机工作状态而配合待测机设定值实现自调，使房间型量热计达到热平衡，即达到工况稳定。

在达到热平衡(即达到工况稳定)的过程中，采用以下过程处理：

步骤1：采用红外相机Ⅰ8和红外相机Ⅱ4分别对房间型量热计1工况稳定过程中的监测壁面Ⅰ6和监测壁面Ⅱ7进行拍摄，每间隔1分钟拍摄一次，同时将拍摄的红外热像图导出至图像处理系统作为房间型量热计1工况稳定判据，直至系统达到稳定停止拍摄。

步骤2：首先通过图像处理系统将红外热像图转化为灰度图，根据红外热像图中已知的最高温度值、最低温度值对应的灰度值，拟合出温度值对应灰度值的函数，并计算出红外热像图中每个像素点的灰度值所对应的温度值。

步骤3：根据红外热像图中判定房间型量热计1的工况稳定情况。

1)获取t时刻和t-1时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图A_t和A_t-1，将监测壁面Ⅰ6的红外热像图A_t和A_t-1分割为如图3所示的x×y个区域，x×y个区域中每个子区域是一个p×q大小的像素矩阵(从0时刻开始计时)；

2)计算t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域的各点温度差。

分别获得A_t-1,ij和A_t,ij两个像素矩阵：

A_t-1,ij是t-1时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域的像素矩阵，i∈[1,x],j∈[1,y]，即温度矩阵；a_t-1,ij,mn是t-1时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域第mn点的温度值，m∈[1,p],n∈[1,q]。

A_t,ij是t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域的像素矩阵，即温度矩阵，；a_t,ij,mn是t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域第mn点的温度值。

计算得到t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域的各点温度差矩阵△A_t,ij

△a_t,ij,mn＝a_t,ij,mn-a_t-1,ij,mn，m∈[1,p],n∈[1,q]

△A_t,ij是t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域的温度差矩阵；△a_t,ij,mn是t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域第mn点的温度差。

3)得到温度差后计算监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域在t-1到t时刻的温度变化率C_t,ij。

C_t,ij是t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域的温度变化率矩阵；c_t,ij,mn是t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域第mn点的温度变化率，即

4)选择e_t,ij＝max{c_t,ij,11,...,c_t,ij,mn,...,c_t,ij,pq}，e_t,ij表示为t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6的红外热像图的第ij区域温度变化率矩阵中的最大值。

5)同理，对监测壁面Ⅰ6中x×y个区域进行处理，得到的t-1到t时刻监测壁面Ⅰ6x×y个区域温度变化率最大值组成的E_t矩阵，

当max{e_t,ij}≤1％时，则表示监测壁面Ⅰ6达到稳定，则监测壁面Ⅰ6的最短稳定时间为t_A。

6)同理可得，监测壁面Ⅱ7的最短稳定时间为t_B。当监测壁面Ⅰ6和监测壁面B7都达到稳定时，则表示房间型量热计1的工况达到稳定，则房间型量热计1的最短稳定时间为t_s＝max{t_A,t_B}。

Claims (5)

1.一种基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法，其特征在于，方法采用一种基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定装置，房间型量热计工况稳定判定装置包括位于房间型量热计(1)房间内的红外相机Ⅰ(8)、红外相机Ⅱ(4)、监测壁面Ⅰ(6)、监测壁面Ⅱ(7)和图像采集器(5)，监测壁面Ⅰ(6)和监测壁面Ⅱ(7)分别为房间两侧内壁，红外相机Ⅰ(8)、红外相机Ⅱ(4)均安装固定于房间中间，红外相机Ⅰ(8)和红外相机Ⅱ(4)摄像头分别朝监测壁面Ⅰ(6)和监测壁面Ⅱ(7)，红外相机Ⅰ(8)和红外相机Ⅱ(4)均连接至图像采集器(5)；

房间型量热计工况稳定判定装置还包括位于房间型量热计(1)房间内的空气处理机组(2)和待测机(3)，空气处理机组(2)与待测机(3)相对布置；

所述红外相机Ⅰ(8)和红外相机Ⅱ(4)为生成红外热像图和最高和最低温度值的红外相机；

方法包括以下步骤：

步骤1：采用红外相机Ⅰ(8)和红外相机Ⅱ(4)分别获取房间型量热计(1)工况稳定过程中监测壁面Ⅰ(6)和监测壁面Ⅱ(7)的红外热像图，然后将获取的红外热像图通过图像采集器(5)传输至图像处理系统；

步骤2：图像处理系统从接收到的红外热像图中提取温度值；

步骤3：根据红外热像图中判定房间型量热计(1)的工况稳定情况；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：划分红外热像图区域

所述监测壁面Ⅰ(6)的红外热像图上的每个像素点分别对应着不同温度值，将监测壁面Ⅰ(6)的红外热像图分割为x×y个区域，x×y个区域中每个子区域为一个p×q大小的像素矩阵；

步骤3-2：计算温度差

设第ij个区域为x×y个区域中其中一个子区域，获取在t时刻第ij区域的像素矩阵A_t,ij和t-1时刻第ij区域的像素矩阵A_t-1,ij，即为第ij区域在t时刻的温度值和第ij区域在t-1时刻的温度值，进行矩阵运算得到第ij区域中所有像素点在t-1到t时刻的温度变化率，选取第ij区域中所有像素点温差变化率最大值e_t,ij，即得第ij区域在t-1到t时刻的最大温度变化率；

步骤3-3：判定系统稳定

1)对x×y个区域中每个子区域均进行步骤3-2处理，将每个子区域的最大温度变化率进行比较得到x×y个区域中的最大温度变化率，当x×y个区域中的最大温度变化率小于1％，则说明监测壁面Ⅰ(6)达到稳定，输出x×y个区域中的最大温度变化率对应的t时刻，即为监测壁面Ⅰ(6)的最短稳定时刻t_A；

步骤3-4：重复步骤3-1～步骤3-3，对监测壁面Ⅱ(7)的红外热像图进行处理，输出监测壁面Ⅱ(7)的最短稳定时刻t_B；

步骤3-5：根据以下公式计算房间型量热计(1)工况稳定最短时刻t_s：

t_s＝max{t_A,t_B}

其中，t_A为监测壁面Ⅰ(6)的最短稳定时刻，t_B为监测壁面Ⅱ(7)的最短稳定时刻，t_s为房间型量热计(1)工况稳定最短时刻。

2.根据权利要求1所述的基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法，其特征在于：所述步骤1中，采用红外相机Ⅰ(8)和红外相机Ⅱ(4)分别对房间型量热计(1)工况稳定过程中的监测壁面Ⅰ(6)和监测壁面Ⅱ(7)进行拍摄，每间隔1分钟拍摄一次，同时将拍摄的红外热像图传输至图像处理系统直至系统达到稳定停止拍摄。

3.根据权利要求1所述的基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法，其特征在于：所述步骤2中，首先通过红外相机读取得到最高温度值、最低温度值，然后通过图像处理系统将红外热像图转化为灰度图，确定最高温度值、最低温度值对应像素点的灰度值，根据最高温度值及其对应的灰度值、最低温度值及其对应的灰度值拟合出温度值对应灰度值的函数，并计算出红外热像图中每个像素点的灰度值所对应的温度值。

4.根据权利要求1所述的基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法，其特征在于：

所述步骤3-2中矩阵运算的计算过程如下

1)将t时刻第ij区域的像素矩阵A_t,ij减去t-1时刻第ij区域的像素矩阵A_t-1,ij得到第ij区域在t-1到t时刻的温度差矩阵ΔA_t,ij；

2)获取第ij区域中其中一个像素点的温度变化率

设第mn像素点为第ij区域中其中一个像素点，从t-1时刻第ij区域的像素矩阵A_t-1,ij中获取第ij区域中第mn像素点在t-1时刻的温度a_t-1,ij,mn，从第ij区域在t-1到t时刻的温度差矩阵ΔA_t,ij中获取第ij区域中第mn像素点在t-1到t时刻的温度差Δa_t,ij,mn；

第ij区域中第mn像素点上的温度在t-1到t时刻的温度变化率c_t,ij,mn的公式计算如下：

其中，c_t,ij,mn表示为第ij区域中第mn像素点上的温度在t-1到t时刻的温度变化率，Δa_t,ij,mn表示为第ij区域中第mn像素点在t-1到t时刻的温度差；a_t-1,ij,mn表示为第ij区域中第mn像素点在t-1时刻的温度；

4)获取第ij区域中所有像素点在t-1到t时刻的温度变化率。

5.根据权利要求1所述的基于红外相机的房间型量热计工况稳定判定方法，其特征在于：所述图像采集器(5)连接至图像处理系统。