具有露霜判别能力的精密露点仪研制

　　1　引　　言

　　露点仪是测量气体露点温度的仪器。由于冷却的方式、露点检测的方法各不相同,露点仪的种类繁多,目前国际上的精密露点仪主要采用光电检测热电制冷镜面冷凝式露点仪。但是在测量露点温度低于0℃的气体时,有时镜面上仍然结露而不结霜,这时的露称为“过冷水”,由于传统的露点仪无法判断镜面上凝结的是露还是霜,这样就会引入测量误差(一般情况,出现过冷水时的露点温度要比真实的露点温度低1.0℃～2.0℃)。

　　2　露霜判别原理

　　冷镜式露点仪露霜判别的基本原理:利用微型摄像机做为检露传感器实时监测镜面,采用热电制冷器冷却镜面,图像采集板则实时的采集镜面的状态数据,并利用图像识别的数学方法来判别镜面是否结露或者结霜。由于镜面图像在传输、转换的过程中不免引入干扰和噪声,导致图像的降质,因此要对镜面图像进行滤波,然后提取镜面图像的纹理特征,判断镜面上是否结露(或霜),结露(或霜)的多少,并根据判别的结果去控制镜面的温度,使露点各自独立且均匀分布于镜面上。

　　2.1　镜面图像的滤波[3]

　　镜面图像的滤波主要是为了消除镜面图像噪声,但是为了保证露点检测的灵敏度,在滤波的过程中,必须使镜面图像的细节不受破坏,同时镜面图像上的露点和背景具有不同的统计特性,因此在对镜面图像进行滤波时采用数字自适应滤波,这样既保留了有用的边缘信息,又有利于保护镜面图像细节。

　　设镜面图像为:f(x,y),滤波后则为:g∧(x,y)。

　　其中:σ2是噪声的方差,P(x,y)为图像在(x,y)点附近的局部统计方差。

　　2.2　镜面图像的边缘检测

　　镜面图像的边缘特征是由于镜面在结露(或霜)后对光线的折射形成灰度不连续性的反映,正是由于这种灰度的起伏和不连续性揭示了露与霜在其图像特征上的本质区别,因此更好的对镜面图像进行边缘检测是提取镜面图像边缘特征的关键。经典的方法是基于微分算子的边缘检测,这种方法的效果类似于空间域的高通滤波器,这种滤波器除了对镜面图像高频分量有增强的作用外,同时对噪声也进行了增强。因此采用基于边缘曲面拟合的检测方法。

　　利用多项式曲面拟合[4]是一种简单有效的方法。

　　设Fn(x,y)是关于(x,y)的n阶多项式:

　　拟合的目的是在某个窗口内使方差∑[g∧(x,y)-Fn(x,y)]2最小。用最小二乘法求解上式得到Fn(x,y),然后利用sobel算子对由Fn(x,y)构成的图像进行简单的边缘检测得到图像F∧(x,y)。

　　2.3　边缘图像的自相关