基于CCD比色原理的熟料温度场测量

　　1　引　　言

　　篦冷机是干法窑水泥生产工艺的关键设备[1],其熟料温度场的检测是实现篦冷机自动控制的关键技术之一。目前大多数篦冷机对温度的检测主要是通过热电偶测量篦板、推动棒的温度来估算料层的温度场,无法完全获得熟料的温度信息,从而无法对篦冷机运行过程中的不安全因素进行有效控制[2]。

　　CCD比色测温技术是近年来发展的一项新技术[3],它以现代光学为基础,融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等为一体的现代测量方法,它把被测对象的图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用得到相应温度信息。其优点是处理精度高、处理内容丰富,已广泛地应用到工业监测、生物医学等领域。本文提出用CCD图像测量技术对水泥篦冷机熟料温度场进行测量方法。并采用中值滤波和阈值加权平均滤波方法对CCD图像进行去噪处理,提高测量系统的精度。实验结果表明,运用该方法能够有效测量水泥熟料的温度场,为水泥熟料优化冷却奠定基础。

　　2　测温原理

　　Planck定律描述了物体的热辐射特性,物体的温度与其光谱辐射亮度的关系为[3]:

　　当乘积λT< < 1时,式(1)可简化为维恩公式[4]:

　　在温度小于2000k、λ<1000nm时,用维恩公式代替普朗克公式带来的误差不大于0.1%[4]。如果在两个波长λ1和λ2下同时测得由同一点发出的单色辐射能,在根据两者的比值即可计算出该点的温度

　　篦冷机熟料温度图像由CCD获取后,在计算机内以像素为单位逐点存储。由于熟料的光亮度与辐射能成正比,两波长下的辐射能之比可以由光亮度来代替。考虑到光路系统、信号转换系统等因素的影响,引入修正系数φ,代入式(3)中,即可得到CCD双波长的测温公式

　　3　系统组成与检测处理过程

　　3.1　系统组成及工作原理

　　测温系统由光学子系统、CCD摄像机、图像采集卡、计算机及冷却、清洁等辅助子系统构成,如图1所示。被测目标经过光学系统后,由滤光片分离出两个不同波长的单色图像,并成像于面阵CCD上,从CCD出来的视频信号被同时送入图像采集卡中,经A/D转换后送入计算机,在测温软件处理后,在显示器上输出温度分布的数字和图像信息[5]。

　　3.2　图像信号的滤波处理

　　在温度场测量通路中,由于CCD摄取经图像采集卡量化后的图像数字矩阵包含着各种噪声源的干扰,所以为提高滤波效果,对比色图像进行两次滤波[6]。首先进行一次中值滤波,去除孤立的噪声点;然后进行一次阈值加权平均滤波,保持无噪声图像的原型,避免由于窗口选择过大而造成图像的严重失真。