Akwizycja obrazu płomienia w wizyjnym systemie diagnostycznym do analizy procesu spalania gazu na palnikach

• Autorzy: Basiura Maciej

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.12.06

Warianty tytułu

EN

Flame image acquisition in a vision diagnostic system for analyzing the combustion gas process on openflame burners

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono cechy charakterystyczne płomienia powstającego w wyniku spalania paliw gazowych możliwe do zaobserwowania na jego obrazach zarejestrowanych za pomocą różnego rodzaju przetworników wizyjnych i termowizyjnych. Zaprezentowano uproszczony model obrazu płomienia, który jest podstawą oceny jakości spalania gazu na palnikach z płomieniem odkrytym w prowadzonych przez autora badaniach. Opisano wygląd płomienia dyfuzyjnego, kinetyczno-dyfuzyjnego oraz kinetycznego. Podano charakterystyczne cechy obrazów każdego z nich. Zaprezentowane modele odniesiono do równań stechiometrycznych spalania gazów węglowodorowych z użyciem tlenu. Przedstawiono przegląd przeprowadzonych eksperymentów, polegających na zarejestrowaniu obrazów płomienia z wykorzystaniem różnych rodzajów kamer, zarówno termowizyjnych, jak i wizyjnych, tzn. działających w świetle widzialnym. Użyte kamery wyposażone były w przetworniki pracujące w różnych technologiach. Zaprezentowane w artykule termogramy pochodziły z kamer: FLIR GF 320, z detektorem promieniowania podczerwonego typu InSb, FLIR A35, z detektorem typu mikrobolometr, oraz kamery NIT NATIVE WDR™, z detektorem typu CMOS (SWIR). Stosowane w badaniach kamery wizyjne wyposażone były w przetworniki typu CMOS, CCD. Zwrócono uwagę na problemy występujące podczas rejestracji obrazu płomienia, takie jak prześwietlenia, zbyt duży kontrast, rozmycia, utrata kształtu fotografowanego zjawiska. Przedstawiono parametry przetworników, które mogą wpływać na jakość otrzymywanych zdjęć. Zaprezentowano wyniki eksperymentu polegającego na użyciu cyfrowych algorytmów przetwarzania obrazu w celu zwiększenia na zdjęciu wynikowym jego rozdzielczości i rozpiętości tonalnej oraz osiąganej głębi kolorów (high dynamic range) z serii czterech jednoczesnych zdjęć płomienia. W końcowej części artykułu opisano wyniki eksperymentu polegającego na użyciu filtrów optycznych IR/UV cut i filtrów polaryzacyjnych w celu zmniejszenia prześwietleń i odbić, związanych z dużą jasnością fotografowanego zjawiska fizycznego. We wnioskach skomentowano wyniki przeprowadzonych eksperymentów oraz oceniono wykorzystywane rodzaje filtrów i przetworników zastosowanych kamer pod kątem przydatności do akwizycji obrazów płomieni palników odkrytych.

EN

This article presents the characteristic features of gas flame resulting from gas fuel combustion, which can be seen on its images, registered using various types of vision and thermovision sensors. A simplified model of the flame image is presented, which is the basis for assessing the quality of combustion process on open-flame burners, in the research conducted by the author. The appearance of diffusion, kinetic-diffusion and kinetic flames is described. The characteristic features of each of them are provided. The presented models were referred to stoichiometric equations for the combustion of hydrocarbon gases with oxygen. The paper presents a review of the experiments carried out, consisting of recording flame images using various types of thermal imaging and video cameras. The cameras used were equipped with sensors operating in different technologies. The thermograms presented in the article came from the following cameras: FLIR GF 320 with infrared radiation detector type InSb, FLIR A35 with a microbolometer type detector, and a NIT NATIVE WDR™ camera equipped with a CMOS detector (SWIR). The video cameras used in the tests were equipped with CMOS and CCD sensors. Attention was paid to problems occurring during flame image acquisition, such as overexposure, too much contrast, blurring, loss of the shape of the photographed phenomenon. The parameters of sensors which could affect the quality of the received images are presented. It presents the results of an experiment applying digital image processing algorithms used in order to increase its tonal range, contrast range and the achieved color depth of the final photograph (High Dynamic Range) from a series of four simultaneous flame images. The final part of the article describes the results of an experiment using IR/UV cut optical filter and polarizing filter to reduce the flashes and reflections associated with the high brightness of the photographed physical phenomenon. The conclusions comment on the results of the conducted experiments and the applied types of filters and sensors of the used cameras have been evaluated in terms of their suitability for acquiring images of flames of the open burners.

Słowa kluczowe

PL

płomień; rozpoznawanie obrazów; akwizycja obrazów

EN

flame; image recognition; image acquisition

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 12
• Strony: 774--784
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Basiura Maciej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Basiura M. (kier. zespołu), 2014. Metody rozpoznawania obrazów w procesie oceny jakości spalania paliw gazowych. Identyfikacja cech obrazu płomienia w pasmie podczerwonym. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Basiura M., 2015. Próba wykorzystania metod rozpoznawania obrazów do oceny jakości spalania gazu. Nafta-Gaz, 5: 314–319.
• Basiura M. (kier. zespołu), 2017. Systemy rozpoznawania obrazu w układach sterowania palnikami gazowo-tlenowymi – badania wstępne. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Convington M.A., 2018. Practical Amateur Astronomy. Digital SLR Astrophotography. Cambridge University Press.
• Cyganek B., 2013. Object Detection and Recognition in Digital Images: Theory and Practice. Wiley. ISBN: 978-0-470-97637-1.
• Cyganek B., Basiura M., 2017. Real-Time Vision Based System for Measurement of the Oxyacetylene Welding Parameters. ICCSA, 1: 621–632.
• Gebhardt Z., 1983. Wpływ parametrów substratów na wypływie z palnika typu rura w rurze na emisyjność dyfuzyjnych płomieni gazu ziemnego. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice.
• Kołomański S., 2012. Zanieczyszczenie światłem i ciemność. 12. European Symposium for the Protection of the Night Sky.
• Kordylewski W. (red.), 2005. Spalanie i paliwa. Wyd. 4 popr. i uzup. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
• Kossowski T., Stasiński R., 2012. Tani sprzęt dla astrofotografii. Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne.
• Kruczek T., 2013. Parametry techniczne kamer termowizyjnych i ich znaczenie w diagnostyce instalacji. Instalator Polski, 7–8: 34–37.
• Kuo K.K., 2005. Principles of combustion. John Wiley & Sons, New York.
• Lipczyński J., Okołowicz M., Olczak S., Rybka E., 1984. Tablice matematyczne, fizyczne, chemiczne i astronomiczne. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa.
• Machinery HDR Effects. <http://www.machineryhdr.com/pl> (dostęp: 6.09.2019).
• Nadziakiewicz J., 1989. Teoretyczno-eksperymentalny model radiacyjnego przepływu ciepła w płomieniu gazowym. Praca habilitacyjna, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. Energetyka, z. 105, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej Nr 984, Gliwice.
• Parzych J., Hulewicz A., Krawiecki Z., 2017. Matryce światłoczule – właściwości, parametry, zastosowania. Poznań University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, 92: 189–203.
• Popowicz A., 2011a. Analiza prądu ciemnego w matrycach CCD. Przegląd Elektrotechniczny, 4: 260–263.
• Popowicz A., 2011b, Metoda korekcji prądu ciemnego w matrycach CCD. Przegląd Elektrotechniczny, 11: 318–320.
• Siuda T., 2014. Pomiar zużycia gazu płynnego termicznym przepływomierzem masowym i bębnowym gazomierzem mokrym. Nafta-Gaz, 7: 444–456.
• Tadeusiewicz R., Flasiński M., 1991. Rozpoznawanie obrazów. PWN, Kraków.
• Wojtowicz R. (kier. zespołu), 2010. Wpływ składników gazu ziemnego wysokometanowego (etanu i propanu) na jakość spalania w palnikach kuchni gazowych. Analiza porównawcza teoretycznych metod oceny wymienności z wynikami pomiarów. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Wojtowicz R. (kier. zespołu), 2011. Wpływ składników gazu ziemnego wysokometanowego (etanu i propanu) na jakość spalania w kotłach gazowych i gazowych przepływowych ogrzewaczach wody – analiza porównawcza teoretycznych metod oceny wymienności z wynikami pomiarów. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Wojtowicz R., 2013. Ocena gazu granicznego G21 pod kątem jego przydatności do określania jakości spalania gazów ziemnych wysokometanowych pochodzących z regazyfikacji LNG w urządzeniach użytku domowego. Nafta-Gaz, 8: 599–612.
• Wojtowicz R., 2016. Analiza przyczyn rozbieżności określania wymienności paliw gazowych za pomocą metod teoretycznych oraz na drodze eksperymentalnej. Nafta-Gaz, 6: 422–430. DOI: 10.18668/NG.2016.06.05.