JPH01501565A - 噴霧燃料燃焼の画像解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 噴霧燃料燃焼の画像解析方法 本発明は噴霧燃料の燃焼を制御するための請求項１の前提部分に従った画像解析 方法に関するものである。

噴霧燃料燃焼は、燃料、即ち通常の燃焼における石炭のみならず増加の範囲に対 しては泥炭までもが非常に微細な粒子の粉末にされ、それからキャリアとして多 量のガスあるいは空気を用いてノズルを経てボイラーへ吹付けられるという方法 を含む。石炭燃焼および泥炭燃焼において、噴霧燃料燃焼は、本質的に噴霧燃料 の発火および燃焼において非常に高い値で改善される通常の方法の燃焼で゛ある 。

燃焼処理の監視は高価な補助燃料の割合いを減少するのに役立つ。監視動作はい くつかの方法で実施され、その光フレーム検出器はそれらから得られる大量の情 報のため活発に使用される。

バーナー内の燃焼を監視するための通常の方法はファイヤボックスカメラと呼ば れるビデオカメラを使用することである。白黒またはカラービデオ信号を発生す るビデオカメラは耐熱性で冷却される保護管内に置かれる。空気冷却に加えて、 いくつかのカメラは水冷装置を設けられる。カメラ設備は一般に、システム故障 が発生するときファイヤボックスからカメラを放出する自動保護装置を具備する 。

更に、フレーム監視は狭帯域波長に同調されたその他のタイプの検出器および放 射線強度に対して感度の高いパイロメータ（ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ　）を装備する 。燃焼処理の質はフレームの不安定さに基づいて評価される（フレーム強度の“ ＤＣ”および“ＡＣ”成分から）。上述の方法の更に有利な変形はいわゆる増加 （インクレメンタル）置方法と呼ばれる相互相関方法である。

通常の方法におけるカメラの使用は平均された燃焼処理の監視に限定される。単 独バーナーの動作は最初のフレームの点火と最終フレームの消火でのみ監視され ることができる。

パイロメータカテゴリの検出器は検出器の配置および整列やフレームの低温度な どのような要因によって妨害される。いくつかの種類の検出器はファイヤボック スの壁からのフレームおよび背景近くの放射線に誤って反応する傾向がある。相 互相関方法の欠点は例えば燃焼速度の変化に対する高感度性である。

本発明の目的は従来技術の欠点を克服し、ボイラーの保護システムと一体で当局 によって出された規制に従うようなフレーム監視システムを含む噴霧燃料の発火 および燃焼のための総合的な新しい種類の監視システムを提供することである。

本発明はビデオカメラによって広い領域にわたって点火および燃焼処理を監視す ること、およびビデオ信号の選択されたライン上の最大強度変化に対応する平均 強度レベルの識別による点火領域の局部化に基づいており、その後完全なビデオ フレーム信号中の゛この強度レベルに対応する空間座標が決定される。

特に、本発明に従った方法は請求項１の特徴部分に記載された構成によって特徴 づけられる。

本発明は顕著な利点を与える。

本発明に従った方法は、燃焼処理が広い領域にわたって分析されるので高い確実 性を与える。更に、この方法は予め決められた許容される点火領域を認めるよう に適合される。更にこの方法は異なる点火および燃焼状態に応じる。この方法の 柔軟性のため、誤報の数は明らかに減少されることができる。本発明に従って、 共通の解析装置はいくつかのカメラのために機能するよう適合され、それによっ てバーナー当りの設備費は減少する。この方法は誤診断を補足することができ、 それはシステム構成へ組入れられることのより高い信頼性を考慮するものである 。情報が燃焼および点火の質において容易に得られるので、高価な補助燃料の量 は減少され、燃焼の質は改善される。燃焼から得られる付加的情報はボイラーの より高い効率を達成する。

次に、本発明を添付図面に従って以下の例示的実施例によって詳細に説明する 第１ａ図乃至第１Ｃ図は断面図で異なる種類のファイヤボックスカメラを示す。

第２図は本発明に従った画像解析システムを概略的に示す。

第３図は本発明に従ったスクリーン表示レイアウトを示す。

第４図はフロー図形式で本発明に従った方法を実施するコンビニ−タブログラム の構造を示す。

例えば第１ａ図乃至第１Ｃ図に示されたカメラのようなファイヤボックスカメラ は噴霧燃料燃焼の点火処理を調べるため用いられる。その一般的な形状において 、カメラは、光学システム１、保護管３、およびこの実施例において示されたソ リッドステートマトリックスセンサ２のような光感動素子を含む。光感知構成部 品ははまたカメラチューブであってもよいが、特に噴霧燃料燃焼に関しては、ソ リッドステートマトリックスカメラは、この種のセンサの光感知領域が連続フレ ーム間の悪化されていない差異を抽出することを許容するフレーム走査期間中完 全に消去されるのでより適している。

最近、ソリッドステートカメラの大きさにおける著しい減少が起こっている。根 本的に、これは冷却に関する問題が解決されることを与える保護管３のチップへ のカメラの設置を容易にする。更に、このカメラは恐らく、現在使用されている 垂直整列によって可能であるよりも多数のファイヤボックスタイプへ更に適切な 観点を与えるような傾斜位置に置かれる。

テストはその前面に取付けられた適切な波長領域のためのバンドパスフィルタを 具備するソリッドステートカメラを使用して実施された。　。

第２図は実施されたテストにおいて用いられた画像解析装置を示す。従来技術が この設備において用いられている。ファイヤボックスカメラ（ソリッドステート カメラ）の標準ビデオ信号はセレクタを経てアナログ／デジタルコンバータへ導 かれる。セレクタによって、この設備はいくつかのカメラをサービスすることが できる。この設備中で用いられたＡ／Ｄ変換はビデオ画像における６４グレイス ケ一ル段階に対応する６ビツトデジタル信号を発生する。ビデオフレームは画像 メモリ中に蓄積され、それはここで記述された装置ではすイズ２５６Ｘ２５６画 素（画像素子）を具備する。二の故に、各フレームは２５６ラインからなり、各 ラインは２５６画素からなり、その数量的に量子化された強度値は画素強度値に 従う０乃至６３の範囲で変化する。この装置は２つの同じ画像メモリを有し、こ の画像はいずれかのメモリに蓄積されるが、この適用では画像入力のための画像 メモリ１と処理された情報の出力のための画像メモリ２とを用いる。画像メモリ に蓄積された画像はカラー変換テーブルを経てプリントされ、それはカラーの予 め設定されたパレットから６４グレイレベルの各々へ所望されたカラーを割当て る。この画像は、通常Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、およびＢ（青）ビデオ出力を経て、 カラーモニタ上の標準ビデオ信号フォーマットにおいて示される。

他方で、画像メモリは、ＣＰＵが画像メモリにおいて画素を読取り書込むことが できるように処理装置メモリ空間の一部を形成するように形作られる。画像メモ リの深さは、入力信号が６ビツトフオーマツト内にのみあるけれどもその出力で 得られる２５６の色相を形成する８ビツトである。８ビツトを使用することの利 点はカメラからの４フレームがオーバーフローすることなく画像メモリ内へ（プ ログラム制御下で）合計されることである。

この装置のマスメモリはマスメモリとして機能するウィンチェスタおよびフロッ ピディスク型装置、実時間動作システム、パスカルおよびＰＬ／Ｍコンパイラを 含み、そのコンビネーションは現像に伴う同時デジタル画像処理および異なる種 類のアルゴリズムのテストを許容する。

以下に、プログラム機能のアウトラインが与えられる。説明された変形は本発明 によって与えられた解決の容易な１つの可能な実施例であることを理解されなけ ればならない。第４図において、実際の画像解析プログラムはフロー図形式で示 される。

画像解析は根本的にライン毎に左から右へのまたはその逆のスターティングのい ずれかで進行し、画像中のバーナーノズルの位置に依存するが、即ちこのノズル が右マージンに対してより近いなら、このラインは右から左へ読み出される。

プログラム実行が開始されるとき、プログラムは以下の基本的情報をユーザーに 要求する。即ち、−処理される画像領域の輪郭を描く頂部および底部ラインのラ イン番号。この目的は解析されるフレームが全画像を満たさないので全ビデオフ レームを処理することではない。

当然この処理は画像処理速度を速くする。

一点火領域境界で画像“ジッダを制御し、それによってトレンド（ｔｒｅｎｄ　 ）表示上に示された平均点火領域における変化を制御する係数（ｋ）のための値 。

一点火領域境界の最小および最大値のスムージングに関する係数（ｂ）のための 値。

一部に、トレンド表示更新間隔が時間期間または表示が更新された後の与えられ た数の処理画像のいずれかにおいて定められる。

−加えて、ノズルの側面、あるいは画像処理が開始される側部についての情報が プログラムへ与えられる。

その他の物の間で、前述の変数およびテーブルが初期化段階で予め設定された値 をロードされる。

プログラムに使用されたテーブルは、次のようなものである。

Ｌテーブル、Ｈテーブル、Ｈ平均、Ｌ最小値、およびＨ最大値であり、各サイズ は２５６１２バイトである。トレンドテーブルＴｒ平均、Ｔｒ最小値、およびＴ ｒ最大値のサイズは、またこのような経過的情報を表示装置上へ適合させないそ れらへ蓄積することを可能にするため充分太き（選択される。要求されるとき、 この情報は容易に利用できる。全テーブルのメモリ容量は、テーブルＬ平均、Ｈ 平均、Ｌ最小値、およびＨ最大値を除いてクリアされ、それは長期にわたる平均 値の計算のために用いられる。この目的は予期される点火領域の境界へ可能な限 り近い初期値によってこれらのテーブルを最初にロードすることである。この手 続はその実際値を設定するためにトレンド表示のため必要とされる時間を減少す る。

点火領域を発見するため、画像は、画素強度の傾斜が最も高い４つの走査ライン について解析される。これはラインの開始（または終了）から３つの連続画素の 強度値合計を数えることによって実行され、それは３つの画素の次のストリング の強度値合計から減算される。得られた差は強度の傾斜に比例している。このラ インは画素毎に上述されたルーチンに従う。最も高い差を示す２つの画素ストリ ングから得られた合計は蓄積される。これらの画素強度の平均は処理されたライ ンのため所望された境界閾値である。４つのラインの各々が最も高い画素強度傾 斜のため処理されるとき、これらの強度レベルの平均値が計算される。点火領域 の前部および後部境界は各々予め設定された定数を上述された平均値から減算す るかあるいは平均値へ加算することによって得られる。

次に、画像は点火領域境界の計算のため蓄積される。ラインの始点から開始して 、４つの連続画素の強度値の合計が計算される。合計から計算された平均が先に 記述されたルーチンによって計算された前部境界の強度閾値を超えたとき、前部 境界が発見されたと見なされる。境界が発見された（垂直）ビデオマトリックス 行はテーブル　しテーブルに蓄積される。

同じラインは更に後部境界が発見されるまで処理される。同様に、この境界位置 はその適切なテーブル　Ｈテーブルに蓄積される。前部境界調査のスピードを増 加するため、調査は始点から次のライン上で始められるのではなく、代わりに境 界が先行するライン上に発見された位置へ接近する。

上述されたテーブル　しテーブルおよびＨテーブルはテーブル　し平均およびＨ 平均の更新のため用いられ、前部および後部境界の時間的に平均された空間座標 は以下の式にしたがって計算される。

Ｌ平均−に＊Ｌ平均十（１−ｋ）＊Ｌテーブル式中には０＜ｋ＜１の範囲を有す る初期化ルーチンに入れられた定数である。従って、テーブル　し平均は最終記 録画像からの点火領域情報を考慮する新しい値によってライン毎に更新され、所 望された方法で重みをかけられる。定数にの値を増加することによって、この手 続は強度値のランダム変化をスムーズにすることを助け、トレンド表示装置上の 実際の変化の実際的な表示を生じる。（同等の手続が点火領域後部境界の強度値 と関連するテーブル　Ｈ平均およびＨテーブルへ適合される）。

更に、前部境界最小値および後部境界最大値の変化はそれら各テーブル　し最小 値およびＨ最大値へこれらの値を収集することによって監視される。これらのテ ーブルは以下に説明される手続によって更新される。もし最後に蓄積された画像 におけるあるラインの前部境界が対応するラインのためテーブル　Ｌ最小値によ って与えられた値より空間的に速く発見されるなら、テーブルのその打上の値は 画像のラインから得られた値によって置換されるか、あるいは以下の式に表され る。

ＬテーブルくＬ最小値　ならば Ｌ最小値−Ｌテーブル 次に、テーブル　し最小値の値は点火領域前部境界の時間的平均値をゆっくりア プローチさせるように徐々に修正される。これは次の式によって達成される。

Ｌ最小値−り最小値中ｂ＊（Ｌ平均−り最小値）によって達成され、式中、ｂは 上述された定数（値０くｂく１）である。係数すの値が大きいほど、テーブル　 し最小値中の最終値はテーブル　し平均中に与えられた値に素早くアプローチす る。

同様に、最大値の計算のため以下の式が適用される。

Ｈテーブル〉Ｈ最大値　ならば Ｈ最大値−Ｈテーブルおよび Ｈ最大値−Ｈ最大値−ｂ＊（Ｈ最大値−Ｈ平均）上述された情報は約５秒間隔で テーブルへ収集され更新され、その後点火領域前部および後部境界テーブルから の全走査ラインの結合された平均強度値がテーブルＴｒへ計算される。加えて、 最小値テーブルからの全ラインの平均はテーブル　Ｔｒ最小値へ計算され、最大 値テーブルからの全ラインの平均はテーブル　Ｔｒ最大値へと各々計算される。

この方法で得られた情報はトレンド表示装置上に平均、最小値、及び最大値と共 に表示される。最大値と最小値との間の変化範囲はフレームの不安定度を表し、 同時にそれらの相互距離は点火領域の幅を特徴づける。

トレンド表示の４倍の更新後、フレームの現画像が修正されたカラー画像中の表 示上に示される。修正されたカラー表示はダークブルーからライトブルーへ変化 する異なる色相の青色を境界までの点火領域境界の外側の暗色領域へ割当てるこ とによって達成される。境界で、色は赤色へと変えられ、それはダークレッドか らライトレッドへ、そして最終的にはホワイトへとフレームのより明るい領域に 向かって変化する。

単独スクリーンは例えば第３図に示されるような２つの異なるカメラからの情報 の同時提供のため用いられる。

先に説明された方法は本発明の技術的範囲に含まれる可能な１実施例を表すだけ である。説明された方法は上述されたそれらと異なる装置へ適用される。点火領 域値の識別のため与えられた電子装置を用いて問題を解決することもまた可能で ある。このアプローチは入力画像信号のための画像蓄積を処理する。与えられた 電子はラインによってビデオ信号を集積し、ビデオ信号変化が点火領域境界の強 度値へ割当てられた予め決められた閾値を超えるアドレス（またはロケーション ）を蓄積する。各ライン上に適切に見出だされる境界ロケーション（アドレス） は電子装置によってプロセッサへ送られる。明らかな時間の節約がこの方法によ って得られる。

更に、全画像からテーブルへ強度値を記録する予備処理ユニットを構成すること が可能であり、その後テーブルは解析に従がわされる。拡張された電子的集積は 、実時間において（即ち、ビデオ信号の各フレームを処理することによって）点 火領域の変動および平均点火領域値のためのテーブルを計算する装置を有する予 備処理電子装置を備えることもできる。

それによって、このシステムはまた非常に速いフレームモニタを提供する。それ から、フレーム監視機能は通常のフレームモニタによって与えられたものより更 に確実に形成される。

この画像表示は画像メモリおよびＤ／Ａ変換器を伴わずに良く機能する。表示さ れた画像の総合的な性質のため、計算結果は例えばグラフィックターミナルへ出 力されても良い。

国際調査報告 １−〒−譬Ｃ鴫ＩｌＩ＾１−噸＾帥−（・を書・−−−−１・ｐｃ＝１Ｆ：５７ ．００：３７

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）フレーム監視のための画像解析方法、特に噴霧燃料燃焼における点火領域 位置および燃焼の決定のための方法であって、 少なくとも１つのファイヤボックスカメラが燃焼を示す連続ビデオ信号の発生の ために用いられ、その信号から監視下でフレームの瞬間画像が表示装置上へ形成 される方法において、 各ファイヤボックスカメラが、ビデオ信号が少なくとも１つのバーナーの全点火 領域を含むように適合されるように本質的に側部からフレームを見るように整列 され、ビデオ信号が最も急な強度傾斜に対応する平均強度レベルを決定するよう に繰返し処理され、 点火領域の位置を決定し、各平均強度レベルに対応する連続ビデオ信号の空間あ るいは時間座標が決定されることを特徴とする画像解析方法。
2. （２）点火領域位置における時間変化がボイラーの制御のため用いられることを 特徴とする、ボイラーの保護システムのための請求項１記載の方法。
3. （３）各ビデオ信号画像が続く画像素子へ分割され、各々が独自に空間および時 間値へ割当てられる方法において、ランダム雑音を除去するため隣接する画像素 子が所望される領域中の画像素子群へ処理され、隣接する画像素子群の強度値の 差が形成され、この差の最大値が調べられ、強度平均が点火領域のための閾値強 度レベルを決定するため最大差を有する画像素子群について計算されることを特 徴とする、請求項１乃至２のいずれか記載の方法。
4. （４）画像を表すビデオ信号が水平ラインへ分割される方法において、所望され たラインが強度値差の最大値を発見するため個別に処理されることを特徴とする 前記請求項のいずれか記載の方法。
5. （５）点火領域の境界が適切な定数を閾値強度レベルへ加算するかまたは閾値強 度レベルから減算することによって決定されることを特徴とする前記請求項のい ずれかに記載の方法。
6. （６）電子手段が、雑音を減少するためビデオ信号を集積し、点火領域を配置す るため最大の傾斜値に対応する空間座標を決定するように適用されることを特徴 とする請求項１記載の方法。