FI79623C - Bildbehandlingsfoerfarande vid dammbraenning. - Google Patents

Description

79623 Pölypoltossa käytettävä kuvankäsittelymenetelmä Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen pölypoltossa käytettävä kuvankäsittelymenetelmä.

Pölypoltolla tarkoitetaan menetelmää, jossa polttoaine, tavallisemmin hiili, mutta nykyisin lisääntyvässä määrin myös turve, jauhetaan hyvin hienojakoiseksi pölyksi, joka tämän jälkeen joko savukaasujen tai ilman avulla puhalletaan suut-timen kautta kattilaan. Pölypoltto on yleinen polttoaineen käyttömuoto sekä hiili- että turvevoimaloissa, joten pölyn syttymisen ja palamisen parantamisella on erittäin suuri taloudellinen merkitys.

Palamistapahtumaa seurataan, jotta kalliden tukipolttoainei-den osuutta voitaisiin vähentää. Seuraamiseen käytetään useita menetelmiä, joista optiset liekinvalvojät ovat yleistymässä välittämänsä suuren informaatiomäärän vuoksi.

Nykyisin tulipesässä tapahtuvaa palamista seurataan ns. tu-lipesäkameran avulla. Kamera, joka on joko mustavalkoinen tai värillinen, on sijoitettu kuumuutta kestävään jäähdytettyyn suojaputkeen. Joissakin kameroissa käytetään jäähdy-tysilman lisäksi myös vettä. Kameroissa on yleensä automatiikka, joka laukaisee kameran ulos pesästä häiriön sattuessa.

Lisäksi liekin valvontaan käytetään säteilyn intensiteettiä mittaavia pyrometrejä sekä muita kapealle aallonpituusalueelle tarkoitettuja antureita. Palamisen laatua arvioidaan liekin värinän perusteella ("tasa-" ja "vaihtokomponentin" suhteella). Edellä kuvatun menetelmän kehittyneempi versio on ristikorrelaatiomenetelmä, jota kutsutaan myös pientila-vuusmenetelmäksi.

Kameran käyttö nykyisillä menetelmillä mahdollistaa ainoastaan palamisen keskimääräisen seuraamisen. Yksittäisen polt- 2 79623 timen toimintaa pystytään seuraamaan vain ensimmäisten liekkien syttyessä ja viimeisten sammuessa. Pyrometrityyppisillä antureilla puolestaan vaikeuksia aiheuttavat mm. anturin sijoittelu, suuntaus ja liekin alhainen lämpötila. Muiden liekkien ja kattilan seinämien taustasäteily aiheuttaa tietyn tyyppisille valvojille virheindikaatioita. Ristikorre-laatiomenetelmän haittana on mm. suuri herkkyys palamismää-rän muutoksille.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatussa tekniikassa esiintyvät haitat ja saada aikaan aivan uudentyyppinen pölypolton syttymisen ja palamisen seurantajärjestelmä mukaanlukien kattilan suojausjärjestelmään liittyvä liekinvalvontajärjestelmä, joka täyttää viranomaisten määräykset .

Keksintö perustuu siihen, että seurataan syttymistä ja palamista suurelta alueelta videokameran avulla ja videosignaalista paikallistetaan syttymisalue etsimällä tietyiltä video-juovilta maksimi-intensiteetin muutoksia vastaava keskimääräinen intensiteettitaso ja määritetään tätä intensiteetti-tasoa vastaavat koordinaatit jatkuvasta videosignaalista.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön mukainen menetelmä on luotettava, koska tutkitaan palamista suurelta alueelta. Menetelmän mukaan voidaan myös antaa tietty sallittu syttymisalue. Menetelmä voi mukautua erilaisiin syttymisen ja palamisen tilanteisiin. Koska menetelmä on mukautuvainen, voidaan väärien hälytysten määrää merkittävästi vähentää. Keksinnön mukaisesti voidaan järjestää yhteinen laskentalaitteisto useille kameroille, jolloin hinta/poltin laskee. Menetelmään voidaan liittää vikadiagnostiikkaa, jolloin järjestelmä voidaan rakentaa entistä luotettavammaksi. Koska saadaan tietoa palamisen ja syttymi- 3 79623 sen laadusta, voidaan kalliiden tukipolttoaineiden määrää vähentää ja palamisen laatua parantaa. Palamisesta saadun lisäinformaation avulla pystytään kattilan käyttöastetta nostamaan.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisen sovellutusesimerkin avulla.

Kuviot la - le esittävät halkileikattuina sivukuvantoina erilaisia tulipesäkameroita.

Kuvio 2 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaista kuvankä-sittelylaitteistoa.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteiston näytön sommitelmaa .

Kuvio 4 esittää vuokaaviona keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan tietokoneohjelman rakennetta.

Syttymisen tutkimiseen pölypoltossa voidaan käyttää esim. kuvioiden la - le mukaista tulipesäkameraa. Tyypillisesti kamera käsittää optiikan 1, suojaputken 3 ja valoherkän elementin, tässä tapauksessa puolijohdekameran 2. Valoherkkänä elementtinä voidaan käyttää myös putkityyppistä detektoria, mutta erityisesti pölypolton yhteydessä puolijohdekamera on käyttökelpoisempi, koska tälläisen kameran valoherkkä alue tyhjenee kokonaan kentän lukemisen yhteydessä, jolloin todelliset erot kahden kuvakentän välillä tulevat esiin. Viime aikoina puolijohdekamerat ovat pienentyneet merkittävästi. Tämä mahdollistaa periaatteessa kameran sijoittamisen suoja-putken 3 päähän edellyttäen, että onnistutaan ratkaisemaan jäähdytykseen liittyvät ongelmat. Kamera voitaisiin ajatella sijoitettavaksi myös vinoon, jolloin kuvakulma olisi useisiin kattiloihin sopivampi kuin nykyisellä suoralla sijoituksella. Suoritetuissa kokeissa käytettiin puolijohdekame-raa ja sen edessä sopivaa valon aallonpituusaluetta läpäiseviä suodattimia.

4 79623

Kuviossa 2 on esitetty suoritetuissa kokeissa käytetty kuvankäsittely laitteisto . Laitteisto on tunnettua tekniikkaa. Tulipesäkameran (puolijohdekameran) videostandardin mukainen videosignaali johdetaan valitsimen kautta analogia/digitaa-limuuntimille. Valitsimen avulla laitteistoon voidaan kytkeä useita kameroita. A/D-muunnos on käytetyssä laitteistossa 6-bittinen, joten kuvassa on 64 harmaasävyä. Kuvakenttä tallennetaan kuvamuistiin, joka on käytetyssä laitteistossa 256*256 kuva-alkiota (=pikseliä). Kuvassa on siis 256 juovaa ja jokaisella juovalla 256 kuvapistettä, joiden intensiteettiä vastaavat numeeriset arvot voivat vaihdella välillä 0-63 aina pisteen kirkkauden mukaan. Laitteistossa on kaksi identtistä kuvamuistia; kuva voidaan tallentaa kummalle tahansa, mutta tässä sovellutuksessa käytetään kuvamuistia 1 kuvan syöttöön ja kuvamuistia 2 laskentatuloksien esittämiseen. Kuvamuistissa oleva kuva tulostetaan ns. väritaulujen kautta, joiden avulla kullekin 64:stä harmaasävystä voidaan valita tietty väri käytettävissä olevien värien joukosta. Kuva tulostetaan videostandardin mukaisessa muodossa monitorille tavallisimmin R- (red), G- (green) ja B- (blue) liitännän kautta.

Kuvamuistit on toisaalta kytketty osaksi laitteiston muistiavaruutta, jolloin keskusyksikkö voi käydä lukemassa ja kirjoittamassa kuvamuistin pikseleitä. Kuvamuistit ovat 8-bit-tisiä, joten käytettävissä on 256 sävyä tulostuksessa, vaikka sisään syötettävä kuva on 6-bittinen. Kahdeksasta bitistä on mm. se etu, että kameralta saatavia kuvia voidaan summata (ohjelmallisesti) kuvamuistiin 4 kpl ilman ylivuotoa.

Laitteistossa on massamuisteina sekä winchester- että kal-volevyasemat, reaaliaikainen käyttöjärjestelmä, Pascal-ja PLM-kääntäjät, jolloin samalla laitteistolla voidaan sekä suorittaa digitaalista kuvankäsittelyä että kehittää ja testata erilaisa algoritmeja.

Seuraavassa kuvataan pääpiirteittäin ohjelmiston toimintaa. Luonnollisesti esitetty versio on ainoastaan yksi toimiva 5 79623 vaihtoehto keksinnön mukaisten ratkaisujen joukossa. Varsinainen analysointiohjelman vuokaavio on esitetty kuviossa 4.

Kuvan käsittely tapahtuu pääasiassa juovittain joko vasemmalta oikealle tai päinvastoin aina sen mukaan kummassa reunassa kuvaa suutin on, ts. jos suutin on oikeassa reunassa, juovia luetaan oikealta vasemmalle.

Kun ohjelman suoritus aloitetaan, ohjelma kysyy käyttäjältä seuraavia alkutietoja: - Kuvasta käsiteltävän alueen ylä- ja alajuovan numerot. Kuvaa ei ole tarkoitus käsitellä kokonaan, koska tutkittava liekki ei täytä koko kuvaa. Tämä luonnollisesti nopeuttaa käsittelyä.

- Kerroin (k), jolla voidaan vaikuttaa syttymisa-lueen reunojen "värähtelyyn" ja sitä kautta myös trendinäytössä esitettävän keskimääräisen syttymi-salueen vaihteluun.

- Kerroin (b), joka liittyy syttymisalueen reunojen minimi- ja maksimiarvojen tasoittamiseen.

- Voidaan myös määritellä trendinäytön päivitysväli joko ajallisesti tai siten, että käsitellään tietty määrä kuvia, minkä jälkeen päivitys tapahtuu.

- Lisäksi ohjelmalle annetaan vielä tieto siitä, missä suunnassa on suutin, ts. kummasta sivulai-dasta kuvan käsittely tapahtuu.

Initialisointivaiheessa mm. edellä mainitut muuttujat sekä taulukot saavat alkuarvonsa.

Ohjelman käyttämät taulukot on lueteltu seuraavassa: LTable, HTable, HMean, LMin ja HMax, joiden koko on 256 * 2 tavua. Trendinäyttötaulukoiden TrMean, TrMin ja TrMax koko 6 79623 valitaan riittävän suureksi, jotta niihin saadaan talletetuksi myös sitä historiaa, joka ei mahdu näyttöön. Tarvittaessa tämä menneisyys voidaan saada esille. Kaikki muut taulukot nollataan paitsi LMean, HMean, LMin sekä HMax, joihin lasketaan pitemmän ajan keskiarvoja. Niille on tarkoitus antaa sellaiset alkuarvot, jotka ovat mahdollisimman lähellä liekin oletetun syttymisalueen reunoja. Näin päästään lyhentämään sitä aikaa, joka tarvitaan trendinäytön asettumiseen oikeaan arvoonsa.

Syttymisalueen löytämiseksi haetaan yhden kuvan neljältä juovalta se kohta, jossa juovan pikseleiden intensiteetti kasvaa nopeimmin. Tämä tapahtuu siten, että juovan alus-ta/lopusta lähtien lasketaan kolmen vierekkäisen pikselin summa, joka vähennetään kolmen seuraavan pikselin summasta. Saatu erotus kuvaa intensiteetin kasvua. Samalla juovalla edetään pikseli kerrallaan ja suoritetaan edellä mainittu toiminta. Otetaan muistiin niiden kahden pikseli-joukon summat, joiden erotus oli suurin. Näiden pikseleiden keskiarvo on haettu kynnys ko. juovalla. Kun jokaiselta neljältä juovalta on löydetty se intensiteettitaso, jossa pikselien kirkkaus kasvaa jyrkimmin, lasketaan näiden intensiteettitaso jen keskiarvo. Syttymisalueen etu- ja takareuna saadaan siten vähentämällä ja lisäämällä edellä lasketusta keskiarvosta jokin tietty vakio.

Tämän jälkeen otetaan muistiin kuva, josta etsitään syttymisalueen reunat. Lasketaan juovan alusta lähtien neljän peräkkäisen pikselin summia. Kun summasta laskettu keskiarvo ylittää edellä määritellyn etureunan intensiteettitason, on etureuna löydetty. Se (pysty)sarake, josta etureuna löytyi, sijoitetaan taulukkoon LTable. Samalla juovalla jatketaan edelleen, kunnes syttymisalueen takareuna löytyy. Myös tämä paikka talletetaan omaan taulukkoonsa HTable. Käsittelyn nopeuttamiseksi etureunan hakemista seuraavalta juovalta ei aloiteta juovan alkupäästä, vaan läheltä sitä kohtaa, josta se löytyi edelliseltä juovalta.

7 79623

Edellä olevien taulukoiden LTable ja HTable avulla päivitetään taulukot LMean ja HMean, joihin lasketaan ajan suhteen tasoitetut etu- ja takareunan paikkatiedot seuraavan kaavan mukaisesti LMean=k*LMean+(1-k)*LTable, jossa k on alussa annettu kerroin, 0 < k < 1. Ts. taulukko LMean korvataan juovittain uusilla arvoilla, jossa on otettu huomioon viimeksi luetun kuvan syttymisalueen tiedot painotettuna halutulla tavalla. Näin saadaan k:n arvoa suurentamalla satunnaiset heilahtelut tasoitetuksi ja tuloksena on todellisten suunnan muutosten näkyminen trendinäytöllä. (Samoin toimitaan syttymisalueen takareunaan liittyvien taulukoiden HMean ja HTable kanssa).

Etureunan minimivaihteluita ja takareunan maksimivaihteluita seurataan myös keräämällä ne omiin taulukoihinsa LMin ja HMax. Näitä taulukoita päivitettäessä käytetään seuraavaa menetelmää. Jos viimeksi luetun kuvan tietyn juovan etureuna on löytynyt aikaisemmin kuin taulukossa LMin vastaavan juovan kohdalla oleva arvo osoittaa, korvataan taulukon ko. rivi kuvasta saadulla sarakkeen arvolla, ts.

jos LTable < LMin, niin LMin = LTable.

Tämän jälkeen korjataan taulukon LMin arvo siten, että se hitaasti lähestyy ajan suhteen tasoitetun syttymisalueen etureunan arvoa. Tähän käytetään seuraavaa kaavaa LMin = LMin+b*(LMean-LMin), « jossa b on alussa annettu kerroin (0 < b < 1). Mitä suurempi kerroin b on, sitä nopeammin taulukossa LMin oleva minimiarvo lähestyy taulukon LMean arvoa.

Maksimiarvoa laskettaessa ovat käytössä vastaavasti kaavat: β 79623 jos HTable > HMax, niin HMax = HTable ja HMax = HMax-b*(HMax-HMean).

Edellä kerrottuja tietoja kerätään ja päivitetään taulukoihin n. 5 s välein, minkä jälkeen lasketaan syttymisen etu-reunataulukon ja takareunataulukon kaikkien juovien yhteinen keskiarvo taulukkoon TrMean. Lisäksi lasketaan minimipiste-taulukon kaikkien juovien keskiarvo taulukkoon TrMin sekä samoin maksimipistetaulukon keskiarvo taulukkoon TrMax. Nämä tiedot, keskiarvo- sekä minimi- ja maksimipisteet esitetään sitten trendinäytössä. Minimi- ja maksimipisteiden vaihtelu kuvaa liekin lepattamista ja niiden välinen etäisyys sytty-misalueen leveyttä.

Kun trendinäyttöä on päivitetty 4 kertaa, piirretään näyttöön sillä hetkellä oleva liekkikuva vääräväriesityksenä. Tämä tapahtuu siten, että kuvan tummat alueet syttymisalueen etureunaan saakka esitetään sinisen sävyillä tumman sinisestä vaalean siniseen. Liekin syttymisalueen reunalla väri vaihdetaan punaiseksi, joka muuttuu liekin kirkastuessa tumman punaisesta vaalean punaiseen ja lopulta valkoiseen.

Samassa näytössä voidaan esittää kahden eri kameran välittämää tietoa esim. kuvion 3 mukaisesti.

Yllä esitetty menetelmä on vain yksi ratkaisumalli. Samoja menetelmiä voidaan soveltaa edellisestä poikkeaviin laitteistoihin. On myös mahdollista ratkaista ongelma toteuttamalla syttymispisteen etsiminen erikoiselektroniikalla. Tällöin ei tarvita kuvamuistia syötetylle kuvalle. Elektroniikka integroi videosignaalia juovittain ja tallentaa osoitteet (= sijainnit), joissa videosignaalin intensiteetin muutos ylittää asetetut syttymisalueen ilmaisevat kynnykset. Elektroniikka lähettää jokaiselta juovalta erikseen löydetyt osoitteet prosessorille. Saavutettava ajan säästö on menetelmällä varsin suuri.

9 79623

On mahdollista rakentaa esikäsittely-yksikkö, joka suorittaa koko kuvan yli taulukoinnin ja lähettää taulukon analysoitavaksi vasta tämän jälkeen. Edelleenkehittämällä voisi esikä-sittelyelektroniikka laskea reaaliajassa («laskemalla videosignaalista jokainen kuva) taulukot keskimääräiselle syttymiselle ja syttymiskohdan värähtelyille. Toiminta myös erittäin nopeana liekinvalvojana on tällöin mahdollista. Liekin-valvojan toiminta voidaan myös tehdä luotettavammaksi kuin tavanomaisessa liekinvalvojassa.

Kuvan esittämiseen ei välttämättä tarvita kuvamuistia ja D/A-muuntimia. Koska esitettävä kuva on synteettinen voidaan tulostus toteuttaa esim. graafisella päätteellä.

Claims (6)

10 79623

1. Kuvankäsittelymenetelmä liekinvalvontaa varten, erityisesti menetelmä syttymisalueen sijainnin ja palamisen määrittelemiseksi pölypoltossa, jossa menetelmässä - muodostetaan vähintään yhdellä tulipesäkameralla palamista kuvaava jatkuva videosignaali, josta on muodostettavissa tutkittavan liekin hetkellinen kuva näyttölaitteelle, tunnettu siitä, että - kullakin tulipesäkameralla tarkastellaan liekkiä ainakin pääasiallisesti tämän sivusta, jolloin videosignaali muodostetaan vähintään yhden polttimen koko syttymisalueen kattavaksi, - videosignaalista määritetään toistuvasti syttymisalueen jyrkimpiä intensiteettimuutoksia vastaava keskimääräinen intensiteettitaso, - määritetään kutakin keskimääräistä tasoa vastaavat jatkuvan videosignaalin paikka- tai aikakoor-dinaatit, jotka määrittävät syttymisalueen sijainnin .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä kattilan suojajärjestelmää varten, tunnettu siitä, että syttymisalueen paikan ajallisten muutosten perusteella säädetään kattilan toimintaa. 1 Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa kukin kuva jaetaan peräkkäisiin kuva-alkioihin, joilla kullakin on yksikäsitteinen sijainti- ja intensiteettiarvo, tunnettu siitä, että lähekkäisistä kuva-alkiosta muodostetaan halutuilla alueilla kuva-alkioryhmiä satunnaisten häiriöiden eliminoimiseksi, muodostetaan vierekkäisten il 79621 kuva-alkioryhmien intensiteettiarvojen erotukset, etsitään erotusten maksimiarvot ja lasketaan suurimpien erotusten muodostaneiden alkioryhmien intensiteettien keskiarvo sytty-misalueen kynnysintensiteettitason määrittämiseksi.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kuvan muodostava videosignaali jaetaan vaakajuoviin, tunnettu siitä, että halutuilla juovilla etsitään intensiteettiarvojen erotusten maksimiarvot juovakohtaises-ti .

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisalueiden rajat määritellään lisäämällä ja vähentämällä kynnysintensiteettitasosta sopiva vakio.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektroniikan avulla videosignaalia integroidaan paloittain häiriöiden vähentämiseksi ja integraalin maksimi-muutoksia vastaavat paikkakoordinatit määritetään syttymis-alueen paikallistamiseksi. 12 79623