基于图像的火焰温度测量方法、装置、终端及存储介质

技术领域

本发明属于测温技术领域，尤其涉及一种基于图像的火焰温度测量方法、装置、终端及存储介质。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的物理量，反映着物理分子运动的剧烈程度，温度的测量方法可分为接触法和非接触法两大类。

非接触式测量方法中，测温计不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，适合测量温度较高的物体。图像测温是前景广阔的一种非接触式测温方法。然而，传统的图像测温需要成本高昂的高温黑体炉来进行热辐射标定，且实施起来较为繁琐，难以快速获得准确的燃烧火焰温度场。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于图像的火焰温度测量方法、装置、终端及存储介质，以实现免标定的图像测温，降低成本并提高效率。

本发明实施例的第一方面提供了一种基于图像的火焰温度测量方法，该方法包括：

获取相机拍摄的待测火焰的彩色图像；

从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，并获取待测火焰中两个目标点的温度值；其中，目标点与像素点的位置一一对应；

将每个像素点的色度值以及对应的目标点的温度值代入到预先建立的色度与温度拟合模型中，确定色度与温度拟合模型的模型参数；

基于确定模型参数的色度与温度拟合模型计算待测火焰的温度分布。

可选的，色度与温度拟合模型为：

式中，T为温度，(R，G)为色度，R表示红色，G表示绿色，b

可选的，基于确定模型参数的色度与温度拟合模型计算待测火焰的温度分布，包括：

将彩色图像中每个像素点的色度值分别输入到确定模型参数的色度与温度拟合模型中，计算得到每个像素点对应的火焰位置的温度值；

基于每个像素点对应的火焰位置的温度值确定待测火焰的温度分布。

可选的，选取的两个像素点的色度值之差大于预设差值；并且，选取的两个像素点的色度值均大于预设阈值。

可选的，测量待测火焰中两个目标点的温度值的方法为：

在待测火焰前方依次放置凸透镜、分光镜，并根据分光镜的折射角度放置彩色图像，使待测火焰发出的光线经分光镜折射后与彩色图像对应；

根据选取的两个像素点的光线折射路径确定对应的两个反射路径；

通过高温计测量两个反射路径上的光线温度，得到两个目标点的温度值。

可选的，根据分光镜的折射角度放置彩色图像，包括：

根据分光镜的折射角度放置感光器件，通过感光器件形成彩色图像。

本发明实施例的第二方面提供了一种基于图像的火焰温度测量装置，该装置包括：

获取模块，用于获取相机拍摄的待测火焰的彩色图像；

确定模块，用于从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，并获取待测火焰中两个目标点的温度值，目标点与像素点的位置一一对应；

计算模块，用于将每个像素点的色度值以及对应的目标点的温度值代入到预先建立的色度与温度拟合模型中，确定色度与温度拟合模型的模型参数；以及，基于确定模型参数的色度与温度拟合模型计算待测火焰的温度分布。

可选的，色度与温度拟合模型为：

式中，T为温度，(R，G)为色度，R表示红色，G表示绿色，b

本发明实施例的第三方面提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面的基于图像的火焰温度测量方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面的基于图像的火焰温度测量方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明实施例通过获取相机拍摄的待测火焰的彩色图像，从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，并获取待测火焰中两个目标点的温度值，将每个像素点的色度值以及对应的目标点的温度值代入到预先建立的色度与温度拟合模型中，确定模型参数，然后根据确定参数的拟合模型即可计算待测火焰的温度分布。本发明实施例不需要对相机进行热辐射标定就能测量出燃烧对象的二维温度场，且成本较低、易于操作、精度较高、响应速度快、适用性广泛，适用于不易对相机进行标定的场合下燃烧对象的温度场与温度变化的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于图像的火焰温度测量方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的待测火焰中目标点温度的测量示意图；

图3是本发明实施例提供的基于图像的火焰温度测量装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的终端的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

温度测量与我们的生产生活息息相关。温度的测量方法可分为接触法和非接触法两大类。热电偶测温和光纤测温是典型的接触法测温。非接触法测温有成像法、激光光谱法、辐射法和声波法。其中，接触法中的热电偶测温是目前普遍采用的检测技术，当不同材料的金属合金导体两端存在温度差异时，导体两端就会产生电势差，热电势与导体两端的温度差存在简单的函数关系，当这种材料的热端与被测对象达到热平衡而冷端处于一恒定的已知温度时，就可以由电势差得到被测对象的温度。光纤测温法是利用光导纤维材料温度不同，光传输的特性不同来测量对象的温度，除了不参与火焰气体反应以外，它同样存在热电偶测量炉内温度分布的其它所有问题。

非接触式测量方法中，测温计不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，适合测量温度较高的物体。而图像测温方法是前景广阔的一种非接触式测温方法。传统实时图像测温方法需要成本高昂的高温黑体炉来进行热辐射标定工作，且实施起来较为繁琐，难以快速地获得准确的燃烧火焰温度场。因此，为了解决上述的实时图像测温问题，本发明提出了一种快速、廉价、方便、运行稳定的免标定图像测温方法。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种基于图像的火焰温度测量方法，该方法包括：

步骤S101，获取相机拍摄的待测火焰的彩色图像。

在本实施例中，通过日常生活中常用的彩色数码相机即可拍摄待测火焰的彩色图像。示例性的，调整好相机位置以对准火焰，并调整相机积分时间确保图像无饱和现象，可以拍摄不同积分时间下的火焰彩色图像。

步骤S102，从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，并获取待测火焰中两个目标点的温度值；其中，目标点与像素点的位置一一对应。

在本实施例中，获取彩色图像之后，首先需要计算各个像素点的色度值，然后，从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，利用辐射高温计测量出这两个像素点在待测火焰中实际位置的温度T

作为一种可能的实现方式，选取的两个像素点的色度值之差大于预设差值；并且，选取的两个像素点的色度值均大于预设阈值。从而，使后续计算的色度与温度拟合模型的模型参数更加合理。在本实施例中，两个像素点的R或G任意一个之差大于预设差值，即两个像素点的色度值之差大于预设差值。同理，像素点的R或G任意一个大于预设阈值，即像素点的色度值大于预设阈值。

步骤S103，将每个像素点的色度值以及对应的目标点的温度值代入到预先建立的色度与温度拟合模型中，确定色度与温度拟合模型的模型参数。

在本实施例中，构建色度与温度拟合模型的过程如下：

(1)选取所用彩色相机可见光响应光谱曲线中的R波段和G波段，示例性的，R波段可以选取550-700nm，G波段可以选取400-680nm，构建彩色图像的色度信息(R，G)与R、G波段辐射力E

其中，a

(2)基于比色测温原理构建温度分布与波段辐射力的拟合模型。

可以取燃烧火焰300～1000nm，温度范围是800～2000K，在这个范围内Planck辐射定律可以用Wien辐射定律代替，火焰的光谱辐射力为：

其中，T为绝对温度，λ为波长，C1、C2为Planck第一和第二常数，ε(λ)为火焰的光谱辐射率。

如果能同时得到火焰在两个波长下的单色辐射力E(λ

进一步可求得：

通过双色法就可以从一幅彩色火焰图像的两种单色辐射强度(如I

结合下述几个公式：

/>

整理得到色度与温度拟合模型：

可以看出，相机曝光时间在运算的过程中被消去了，说明在相机曝光时间不对温度的测量产生影响，模型中存在两个常量b

步骤S104，基于确定模型参数的色度与温度拟合模型计算待测火焰的温度分布。

作为一种可能的实现方式，将彩色图像中每个像素点的色度值分别输入到确定模型参数的色度与温度拟合模型中，计算得到每个像素点对应的火焰位置的温度值；基于每个像素点对应的火焰位置的温度值确定待测火焰的温度分布。

可见，本发明实施例通过获取相机拍摄的待测火焰的彩色图像，从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，并获取待测火焰中两个目标点的温度值，将每个像素点的色度值以及对应的目标点的温度值代入到预先建立的色度与温度拟合模型中，确定模型参数，然后根据确定参数的拟合模型即可计算待测火焰的温度分布。本发明实施例不需要对相机进行热辐射标定就能测量出燃烧对象的二维温度场，且成本较低、易于操作、精度较高、响应速度快、适用性广泛，适用于不易对相机进行标定的场合下燃烧对象的温度场与温度变化的测量。

作为一种可能的实现方式，测量待测火焰中两个目标点的温度值的方法可以详述为：

在待测火焰前方依次放置凸透镜、分光镜，并根据分光镜的折射角度放置彩色图像，使待测火焰发出的光线经分光镜折射后与彩色图像对应；

根据选取的两个像素点的光线折射路径确定对应的两个反射路径；

通过高温计测量两个反射路径上的光线温度，得到两个目标点的温度值。

作为一种可能的实现方式，根据分光镜的折射角度放置彩色图像，可以详述为：

根据分光镜的折射角度放置感光器件，通过感光器件形成彩色图像。

在本实施例中，参见图2所示，火焰发出的光通过凸透镜后进入分光镜，分光镜将入射光按照均匀分光的方式进行反射与透射，经反射的光进入高温计，透射光则在感光元件上成像。光线经分光后，透射光的R、G值虽然有所变化但两者的比值仍与分光前的光线一致。按此布置，高温计的入射光的位置与感光元件上的像素点就实现了一一对应。两个辐射式高温计间的水平距离固定为d，则火焰图像中对应的两个像素点的纵向距离也为d。按此原理在火焰图像上找到了高温计测点对应的像素点，并可以记下这两个像素点的R、G值。

本发明实施例可实现不对相机进行热辐射标定就能测量出燃烧对象的二维温度场。并且成本较低、易于操作、精度较高、响应速度快、适用性广泛，适用于不易对相机进行标定的场合下燃烧对象的温度场与温度变化的测量。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本发明实施例提供了一种基于图像的火焰温度测量装置，参见图3所示，该装置30包括：

获取模块31，用于获取相机拍摄的待测火焰的彩色图像。

确定模块32，用于从彩色图像中选取两个色度值不同的像素点，并获取待测火焰中两个目标点的温度值，目标点与像素点的位置一一对应。

计算模块33，用于将每个像素点的色度值以及对应的目标点的温度值代入到预先建立的色度与温度拟合模型中，确定色度与温度拟合模型的模型参数；以及，基于确定模型参数的色度与温度拟合模型计算待测火焰的温度分布。

作为一种可能的实现方式，色度与温度拟合模型为：

式中，T为温度，(R，G)为色度，R表示红色，G表示绿色，b

作为一种可能的实现方式，计算模块33具体用于：

将彩色图像中每个像素点的色度值分别输入到确定模型参数的色度与温度拟合模型中，计算得到每个像素点对应的火焰位置的温度值；

基于每个像素点对应的火焰位置的温度值确定待测火焰的温度分布。

作为一种可能的实现方式，选取的两个像素点的色度值之差大于预设差值；并且，选取的两个像素点的色度值均大于预设阈值。

作为一种可能的实现方式，确定模块32具体用于：

在待测火焰前方依次放置凸透镜、分光镜，并根据分光镜的折射角度放置彩色图像，使待测火焰发出的光线经分光镜折射后与彩色图像对应；

根据选取的两个像素点的光线折射路径确定对应的两个反射路径；

通过高温计测量两个反射路径上的光线温度，得到两个目标点的温度值。

作为一种可能的实现方式，确定模块32具体用于：

根据分光镜的折射角度放置感光器件，通过感光器件形成彩色图像。

图4是本发明实施例提供的终端40的示意图。如图4所示，该实施例的终端40包括：处理器41、存储器42以及存储在存储器42中并可在处理器41上运行的计算机程序43，例如基于图像的火焰温度测量程序。处理器41执行计算机程序43时实现上述各个基于图像的火焰温度测量方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，处理器41执行计算机程序43时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图3所示模块31至33的功能。

示例性的，计算机程序43可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器42中，并由处理器41执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序43在终端40中的执行过程。

终端40可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端40可包括，但不仅限于，处理器41、存储器42。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端40的示例，并不构成对终端40的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端40还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器41可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器42可以是终端40的内部存储单元，例如终端40的硬盘或内存。存储器42也可以是终端40的外部存储设备，例如终端40上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器42还可以既包括终端40的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器42用于存储计算机程序以及终端40所需的其他程序和数据。存储器42还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。