CN111695227A - 一种灶具加热均匀性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灶具加热均匀性评价方法，其特征在于在灶具上方设置红外摄像仪，调整红外摄像仪位置，使红外摄像仪采集的红外图像中心位置与灶具燃气器中心重合，在灶具上放置平底锅，开启灶具燃烧器，通过红外摄像仪拍摄红外图像，通过三连续三个时刻的红外温度图像进行处理，得到基于温度的灶具加热均匀性参数TDF和基于加热强度的灶具加热均匀性参数QDF。与现有技术相比，本发明的优点在于：能实现灶具在锅具径向和轴向加热均匀性定量评价，可以同时获取基于温度和加热热流的灶具加热均匀性评价结果，且评价结果不受主观因素影响。

Description

一种灶具加热均匀性评价方法
技术领域
本发明涉及一种灶具加热均匀性评价方法。
背景技术
现有灶具加热均匀性评价普遍采用烙饼法或者烧水法以及温度测试法，烙饼法通过判断饼上烤焦发黑的面积和位置比较灶具均匀性，主要是通过肉眼主观判断；烧水法通过判断水沸腾时，锅里面水泡位置和大小来比较灶具加热均匀性，也是主要通过肉眼识别；温度测试法通过测试锅具温度评价灶具加热均匀性，数据一般通过最大温度差或者温度标准差等统计数据来评价灶具的加热均匀性。
然而，肉眼或者图片直接判断法受主观性影响较大。最大温差或温度标准差等温度统计数据对锅具在径向的均匀性缺乏识别；如附图1中，a、b、c三种情形下最大温差、温度平均值、温度标准差等温度统计数据全部相同，不能识别径向均匀性差异，图中圆圈表示温度或加热强度偏高区域；最大温差或温度标准差等温度统计数据对锅具在周向的均匀性缺乏识别；如附图2中，d、e、二种情形下最大温差、温度平均值、温度标准差等温度统计数据全部相同，不能识别周向均匀性差异，图中圆圈表示温度或加热强度偏高区域。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种不受主观影响、能准确判断灶具在锅具径向、周向加热均匀性定量评价的灶具加热均匀性评价方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种灶具加热均匀性评价方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、在灶具上方设置红外摄像仪，调整红外摄像仪位置，使红外摄像仪采集的红外图像中心位置与灶具燃气器中心重合，调整红外摄像仪焦距，使之成像清晰，采集一副包含灶具燃气器中心的第一标定红外图像，在第一标定红外图像中选取灶具燃气器火盖边缘上的三个点，计算出灶具燃烧器中心的坐标(Xc，Yc)；
步骤2、然后在灶具上放置平底锅，调整平底锅位置，使红外摄像仪采集的红外图像中平底锅面积占整个红外图像面积的1/2以上，在平底锅上放置专用标定物体，调整红外摄像仪焦距，使之成像清晰，采集一副包含有平底锅和专用标定物体的第二标定红外图像；量取第二标定红外图像中专用标定物体上两个点之间的像素距离m，记录专用标定物体中上述两个点的实际距离为n毫米，计算出像素空间和实际几何空间的换算关系：1像素＝L毫米＝n/m毫米；
步骤3、开启灶具燃烧器，通过红外摄像仪拍摄红外图像，红外图像每秒10～60帧，拍摄30～90s，记录灶具上锅具内的不同时刻的红外温度图像；
步骤4、将灶具点火作为初始时刻，确定加热均匀性评价的时间点t0，时间点t0的取值范围为2s～60s，选取t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的红外温度图像，根据平底锅直径大小，对t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的红外温度图像进行裁剪，删除大于平底锅直径区域，得到三幅待处理红外温度图像，Δt＝0.1s～0.6s；
步骤5、对t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的待处理红外温度图像进行处理，计算在t0时刻指定区域内的加热强度Q，计算公式如下：其中指定区域为以灶具燃烧器中心(Xc，Yc)为圆心的圆形区域，圆形区域直径为根据灶具炉头大小、锅直径以及分析需要进行设置的预设值，同时通过像素空间和实际几何空间的换算关系换算成为待处理红外温度图像中的指定区域：
Figure BDA0001993755650000021
其中ρ为平底锅的密度；CP为平底锅的比热容；T(x，y，t0)为t0时刻在坐标(x，y)处的温度值；T(x，y，t0+Δt)为t0+Δt时刻在坐标(x，y)处的温度值，T(x，y，t0-Δt)为t0-Δt时刻在坐标(x，y)处的温度值；
Figure BDA0001993755650000022
为对流换热系数；Ta为环境温度；σ为玻尔兹曼常数；ε为平底锅的发射率；λ为平底锅的导热系数；δ为平底锅厚度；
Figure BDA0001993755650000023
为求偏导符号；x，y分别待处理红外温度图像中的指定区域中不同像素点的横坐标和纵坐标；
步骤6、对t0时刻待处理红外温度图像中的温度数据T(x，y，t0)和加热强度数据Q(x，y，t0)进行处理，计算温度均方差TMSE，加热强度均方差QMSE，径向温度均匀性系数TRDF，径向加热强度均匀性系数QRDF，周向温度均匀性系数TCDF，周向加热强度均匀性系数QCDF：
Figure BDA0001993755650000024
其中Taver为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中所有像素点的平均温度；Ti为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中某一个像素点的温度；i＝1，2，……n；n为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中所有像素点的总个数；
Figure BDA0001993755650000031
其中Qaver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内所有像素点加热强度Q的平均加热强度；Qi为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内某一个像素点的加热强度；i＝1，2，……n；n为t0时刻待处理红外温度图像中所有像素点的总个数；
Figure BDA0001993755650000032
其中Tr＝r0，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内半径为r0圆周上所有像素点的温度平均值；
Figure BDA0001993755650000033
其中Qr＝r0，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内半径为r0圆周上所有像素点的加热强度平均值；
Figure BDA0001993755650000034
其中θ为圆周角，θ0-Δθ≤θ≤θ0+Δθ，θ0和Δθ为预设值；Tθ，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内角度在θ内圆周上所有像素点的温度平均值；
Figure BDA0001993755650000035
其中θ为圆周角，θ0-Δθ≤θ≤θ0+Δθ，θ0和Δθ为预设值；Qθ，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内角度在θ内圆周上所有像素点的加热强度平均值；
步骤7、计算灶具加热均匀性综合评价参数：基于温度的灶具加热均匀性参数TDF和基于加热强度的灶具加热均匀性参数QDF如下：
TDF＝a·TMSE+b·TRDF+c·TCDF
QDF＝a·QMSE+b·QRDF+c·QCDF
其中，a＝0.3～0.5，b＝0.3～0.5，c＝1-a-b。
与现有技术相比，本发明的优点在于：能实现灶具在锅具径向和轴向加热均匀性定量评价，可以同时获取基于温度和加热热流的灶具加热均匀性评价结果，且评价结果不受主观因素影响。
附图说明
图1为背景技术中采用最大温差或温度标准差时在a、b、c三种情况下的示例图。
图2为背景技术中采用最大温差或温度标准差时在d、e两种情况下的示例图。
图3为本发实施例中灶具加热均匀性评价方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图3所示的一种灶具加热均匀性评价方法，其包括如下步骤：
步骤1、在灶具上方设置红外摄像仪，调整红外摄像仪位置，使红外摄像仪采集的红外图像中心位置与灶具燃气器中心重合，调整红外摄像仪焦距，使之成像清晰，采集一副包含灶具燃气器中心的第一标定红外图像，在第一标定红外图像中选取灶具燃气器火盖边缘上的三个点，计算出灶具燃烧器中心的坐标(Xc，Yc)；
步骤2、然后在灶具上放置平底锅，调整平底锅位置，使红外摄像仪采集的红外图像中平底锅面积占整个红外图像面积的1/2以上，在平底锅上放置专用标定物体，调整红外摄像仪焦距，使之成像清晰，采集一副包含有专用标定物体的第二标定红外图像；量取第二标定红外图像中专用标定物体上两个点之间的像素距离m，记录专用标定物体中上述两个点的实际距离为n毫米，计算出像素空间和实际几何空间的换算关系：1像素＝L毫米＝n/m毫米；
步骤3、开启灶具燃烧器，通过红外摄像仪拍摄红外图像，红外图像每秒10～60帧，拍摄30～90s，记录灶具上锅具内的不同时刻的红外温度图像；
步骤4、将灶具点火作为初始时刻，确定加热均匀性评价的时间点t0，时间点t0的取值范围为2s～60s，选取t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的红外温度图像，根据平底锅直径大小，对t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的红外温度图像进行裁剪，删除大于平底锅直径区域，得到三幅待处理红外温度图像，Δt＝0.1s～0.6s；
步骤5、对t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的待处理红外温度图像进行处理，计算在t0时刻指定区域内的加热强度Q，计算公式如下：其中指定区域为以灶具燃烧器中心(Xc，Yc)为圆心的圆形区域，圆形区域直径为根据灶具炉头大小、锅直径以及分析需要进行设置的预设值，同时通过像素空间和实际几何空间的换算关系换算成为待处理红外温度图像中的指定区域：
Figure BDA0001993755650000041
其中ρ为平底锅的密度；CP为平底锅的比热容；T(x，y，t0)为t0时刻在坐标(x，y)处的温度值；T(x，y，t0+Δt)为t0+Δt时刻在坐标(x，y)处的温度值，T(x，y，t0-Δt)为t0-Δt时刻在坐标(x，y)处的温度值；
Figure BDA0001993755650000042
为对流换热系数；Ta为环境温度；σ为玻尔兹曼常数；ε为平底锅的发射率；λ为平底锅的导热系数；δ为平底锅厚度；
Figure BDA0001993755650000051
为求偏导符号；；x，y分别待处理红外温度图像中的指定区域中不同像素点的横坐标和纵坐标；
步骤6、对t0时刻待处理红外温度图像中的温度数据T(x，y，t0)和加热强度数据Q(x，y，t0)进行处理，计算温度均方差TMSE，加热强度均方差QMSE，径向温度均匀性系数TRDF，径向加热强度均匀性系数QRDF，周向温度均匀性系数TCDF，周向加热强度均匀性系数QCDF：
Figure BDA0001993755650000052
其中Taver为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中所有像素点的平均温度；Ti为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中某一个像素点的温度；i＝1，2，……n；n为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中所有像素点的总个数；
Figure BDA0001993755650000053
其中Qaver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内所有像素点加热强度Q的平均加热强度；Qi为为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内某一个像素点的加热强度；i＝1，2，……n；n为t0时刻待处理红外温度图像中所有像素点的总个数；
Figure BDA0001993755650000054
其中Tr＝r0，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内半径为r0圆周上所有像素点的温度平均值；
Figure BDA0001993755650000055
其中Qr＝r0，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内半径为r0圆周上所有像素点的加热强度平均值；
Figure BDA0001993755650000056
其中θ为圆周角，θ0-Δθ≤θ≤θ0+Δθ，θ0和Δθ为预设值；Tθ，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内角度在θ内圆周上所有像素点的温度平均值；
Figure BDA0001993755650000057
其中θ为圆周角，θ0-Δθ≤θ≤θ0+Δθ，θ0和Δθ为预设值；Qθ，aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内角度在θ内圆周上所有像素点的加热强度平均值；
步骤7、计算灶具加热均匀性综合评价参数：基于温度的灶具加热均匀性参数TDF和基于加热强度的灶具加热均匀性参数QDF如下：
TDF＝a·TMSE+b·TRDF+c·TCDF
QDF＝a·QMSE+b·QRDF+c·QCDF
其中，a＝0.3～0.5，b＝0.3～0.5，c＝1-a-b。

Claims (1)

1.一种灶具加热均匀性评价方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、在灶具上方设置红外摄像仪，调整红外摄像仪位置，使红外摄像仪采集的红外图像中心位置与灶具燃气器中心重合，调整红外摄像仪焦距，使之成像清晰，采集一副包含灶具燃气器中心的第一标定红外图像，在第一标定红外图像中选取灶具燃气器火盖边缘上的三个点，计算出灶具燃烧器中心的坐标(Xc，Yc)；
步骤2、然后在灶具上放置平底锅，调整平底锅位置，使红外摄像仪采集的红外图像中平底锅面积占整个红外图像面积的1/2以上，在平底锅上放置专用标定物体，调整红外摄像仪焦距，使之成像清晰，采集一副包含有专用标定物体的第二标定红外图像；量取第二标定红外图像中专用标定物体上两个点之间的像素距离m，记录专用标定物体中上述两个点的实际距离为n毫米，计算出像素空间和实际几何空间的换算关系：1像素＝L毫米＝n/m毫米；
步骤3、开启灶具燃烧器，通过红外摄像仪拍摄红外图像，红外图像每秒10～60帧，拍摄30～90s，记录灶具上锅具内的不同时刻的红外温度图像；
步骤4、将灶具点火作为初始时刻，确定加热均匀性评价的时间点t0，时间点t0的取值范围为2s～60s，选取t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的红外温度图像，根据平底锅直径大小，对t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的红外温度图像进行裁剪，删除大于平底锅直径区域，得到三幅待处理红外温度图像，Δt＝0.1s～0.6s；
步骤5、对t0-Δt，t0，t0+Δt三个时刻的待处理红外温度图像进行处理，计算在t0时刻指定区域内的加热强度Q，计算公式如下：其中指定区域为以灶具燃烧器中心(Xc，Yc)为圆心的圆形区域，圆形区域直径为根据灶具炉头大小、锅直径以及分析需要进行设置的预设值，同时通过像素空间和实际几何空间的换算关系换算成为待处理红外温度图像中的指定区域：
Figure FDA0001993755640000011
其中ρ为平底锅的密度；CP为平底锅的比热容；T(x,y,t0)为t0时刻在坐标(x,y)处的温度值；T(x,y,t0+Δt)为t0+Δt时刻在坐标(x,y)处的温度值，T(x,y,t0-Δt)为t0-Δt时刻在坐标(x,y)处的温度值；h为对流换热系数；Ta为环境温度；σ为玻尔兹曼常数；ε为平底锅的发射率；λ为平底锅的导热系数；δ为平底锅厚度；
Figure FDA0001993755640000012
为求偏导符号；；x,y分别待处理红外温度图像中的指定区域中不同像素点的横坐标和纵坐标；
步骤6、对t0时刻待处理红外温度图像中的温度数据T(x,y,t0)和加热强度数据Q(x,y,t0)进行处理，计算温度均方差TMSE，加热强度均方差QMSE，径向温度均匀性系数TRDF，径向加热强度均匀性系数QRDF，周向温度均匀性系数TCDF，周向加热强度均匀性系数QCDF：
Figure FDA0001993755640000021
其中Taver为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中所有像素点的平均温度；Ti为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中某一个像素点的温度；i＝1,2，……n；n为t0时刻待处理红外温度图像指定区域内中所有像素点的总个数；
Figure FDA0001993755640000022
其中Qaver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内所有像素点加热强度Q的平均加热强度；Qi为为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内某一个像素点的加热强度；i＝1,2，……n；n为t0时刻待处理红外温度图像中所有像素点的总个数；
Figure FDA0001993755640000023
其中Tr＝r0,aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内半径为r0圆周上所有像素点的温度平均值；
Figure FDA0001993755640000024
其中Qr＝r0,aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内半径为r0圆周上所有像素点的加热强度平均值；
Figure FDA0001993755640000025
其中θ为圆周角，θ0-Δθ≤θ≤θ0+Δθ，θ0和Δθ为预设值；Tθ,aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内角度在θ内圆周上所有像素点的温度平均值；
Figure FDA0001993755640000026
其中θ为圆周角，θ0-Δθ≤θ≤θ0+Δθ，θ0和Δθ为预设值；Qθ,aver为t0时刻待处理红外温度图像中指定区域内角度在θ内圆周上所有像素点的加热强度平均值；
步骤7、计算灶具加热均匀性综合评价参数：基于温度的灶具加热均匀性参数TDF和基于加热强度的灶具加热均匀性参数QDF如下：
TDF＝a·TMSE+b·TRDF+c·TCDF
QDF＝a·QMSE+b·QRDF+c·QCDF
其中，a＝0.3～0.5，b＝0.3～0.5，c＝1-a-b。
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