数字图像处理在电厂火焰检测中的应用 第4页
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集和处理任务为了提高目前国内电厂中使用火焰检测器的性能,跟
上国际先进水平,大多采用了传像光纤和数字图像处理技术检测锅
炉燃烧器火焰原理是采用传像光纤和CCD(电荷耦合器件)拍摄火
焰图像,经计算机数字图像处理后,在CRT上显示原始图像和伪彩色
图像,并由计算机自动判断火焰燃烧状况这种方法取得了较好的成
果但仍处在探索阶段现场应用还在不断改进
本文所作的一部分工作就是设计一个锅炉火焰图像传感器利用
现有先进的传像光纤技术配合使用CCD摄像机以及图像采集卡,
将锅炉火焰燃烧情况实时采集进来提供给火焰检测系统分析控制
1.3图像数据压缩方法
1.3.1图像压缩
数据压缩是以一定的质量损失为容限按照某种方法从给定的
信源中推出已简化的数据表述数据之所以能够压缩是由于基于原
始信源的数据存在着很大的冗余度信息理论认为若信源编码的熵
大于信源的实际熵该信源中一定存在冗余度去掉冗余不会减少信
息量仍可原样恢复数据但若减少了熵数据则不能完全恢复不
过在允许的范围内损失一定的熵数据可以近似恢复
图像数据压缩技术总的来说就是利用图像数据固有的冗余性和
相干性将一个大的数据文件转换成较小的同性质文件两个文件的
大小之比压缩比确定了压缩的程度衡量一种数据压缩技术的好
坏有三个重要的指标一是压缩比压缩比越大越好二是压缩算法
压缩算法要尽可能简单且压缩解压缩速度快尽可能做到实时压
缩解压三是恢复效果要尽可能地恢复原始数据
在电厂火焰检测中采集到的火焰图像也需要对其庞大的数据
进行压缩后以便传输到各个管理用的计算机上因此图像压缩的
研究对于提高火焰检测系统的工作效率也具有重要的意义
随着数字通信技术和计算机技术的发展数据压缩技术也已日臻
完善适合各种应用场合的编码方法不断产生以压缩后的文件能够
准确恢复原文件为界将压缩编码技术分为无损和有损压缩编码技华北电力大学北京硕士学位论文
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术
1.3.2无损数据压缩
无损数据压缩编码又称无失真压缩法或冗余压缩法无损压缩
去掉或减少了数据中的冗余但这些冗余值是可以重新插入到数据
中的因此无损压缩是可逆的过程无损压缩算法可分为两大类
基于统计概率的方法和基于字典的技术基于统计概率的方法是依
据信息论中的变长编码定理和信息熵有关知识用较短代码代表出
现概率大的符号用较长代码代表出现概率小的符号从而实现数
据压缩统计编码方法中最有代表性的是利用概率分布特性的著名
的霍夫曼Huffman编码方法它根据每个字符出现的概率大小
进行一一对应地编码基于字典技术的数据压缩技术有两种一种
是游程编码Running Length Coding简称RLC它是基于字典
的压缩技术适用于灰度级不多数据相关性很强的图像数据的压
缩另一种称之为LZW编码RLC与LZW算法都是对字节串编
码的但是LZW与RLC不同LZW在对数据文件进行编码的同
时生成了特定字符序列的表以及它们对应的代码
1.3.3有损数据压缩
有损压缩又称为有失真压缩法或熵压缩法有损压缩法压缩
了熵会减少信息量而损失的信息是不能再恢复的因此这种压
缩法是不可逆的当今流行的有损数据压缩编码算法有三种离散
余弦变换(DCT,Discrete Cosine Transformation)压缩分形(Fractal)
压缩和小波变换(Wavelet Transformation)压缩在所有的正交变换
编码中DCT变换是仅次于KLT变换(无失真变换)的次最优变换
其编码技术已趋成熟因而得以广泛应用但是DCT变换必须存
储基本函数(即三角函数)必然影响压缩速度且在运算过程中存
在舍入误差从而也影响解压的精度分形压缩是利用分形几何中
自相似的原理首先对图像进行分块然后再去寻找各块之间的相
似性这里相似性的描述主要是依靠仿射变换来确定一旦找到了华北电力大学北京硕士学位论文
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每块的仿射变换于是就保存下这个仿射变换的系数由于每块的
数据量远大于仿射变换的系数因而使图像得到较好的压缩比特
别是对自然景物的压缩效果很好但是由于该压缩编码速度太慢
且随着被压缩图像的增大运算量增长过快运算复杂度较高因
此影响分形压缩编码进入实用阶段另外对于特定的图像要选择
相应的仿射变换与概率数且要满足IFS码的要求是很难做到的
这也就限制了它的通用性
1.3.4基于小波变换的数据压缩
传统的编码技术象PCM HUFFMAN等其编码压缩图像数据
的能力已接近极限压缩比比较低另外的压缩方法象变换编码大
多数是靠丢弃高频系数来提高压缩比的从而使重构的图像轮廓模
糊严重影响图像的主观质量近年来小波变换在图像压缩中的
应用效果得到了人们的公认小波变换是继离散余弦变换之后的又
一种变换编码技术对图像的压缩类似于离散余弦变换但小波变
换是对整幅图像进行变换在量化技术上主要依据变换后各级分辨
率之间的自相似的特点采用逐级逼近技术达到减少数据存储的目
的用小波变换技术实现对图像视频及声音的压缩可以取得较好的
压缩效果
1.4本课题的主要工作
本课题是为解决提高火焰图像检测器的可靠性有效性同时解
决火焰图像采集后的存储和传送问题而进行研究的本研究课题采用
了先进的传像光纤以及工业用CCD摄像机配合图像采集卡实现多
路的火焰燃烧图像检测图像采集卡采集到的图像通过压缩后可以
在本机上存储也可以利用Modem将图像传送到远程计算机上压
缩后的图像数据量小从而节省了存储空间提高了传输速率在
相似的压缩情况下该算法减少了计算时间
主要的研究分为以下几个方面进行
(1)火焰图像传感器的结构设计华北电力大学北京硕士学位论文
根据现有的技术设计火焰图像传感器的结构采用传像光
纤和CCD摄像机加入冷却系统完成对火焰图像的采集
(2)火焰图像传感器的冷却系统设计
锅炉炉膛温度较高而传像光纤和CCD摄像机耐温性很差
因此冷却系统的设计是火焰图像传感器设计的重要部分现有的
火焰图像传感器的主要缺点是冷却系统效率不高经常出现传像光
纤和CCD摄像机被烧坏的现象本文经过大量的计算和试验通
过采用对传感器设计成双层套管套管间吹入冷却风等方法提高
了冷却系统的可靠性
(3)基于小波变换的编码方法的研究
根据压缩算法的国际标准及发展趋势经理论分析给出基本图
像编码压缩方案-基于小波变换的编码压缩方法
(4)具体的压缩编码方案
根据锅炉火焰图像数据的特点及总体要求设计出压缩效果好
压缩速度快的适合于锅炉火焰图像数据的编码方案
(5)压缩后图像的远传
在火焰图像检测系统中采集后的图像经过压缩可通过调
制解调器在普通电话线上进行远距离传输接受端采用相应的解码
标准对接受的数据进行解码从而实现图像的远传
(6)软件设计
压缩编码及图像传输软件均采用Visual C++6.0作为开发工具
利用C/C++语言完成压缩编码算法的实现
1.5小结
介绍了当前国内外火焰检测器的主要方式和发展趋势图像数据
的各种压缩编码方法论述了数字图像处理在电厂火焰检测中的应
用课题的研究目的和意义介绍了本课题研究内容和设计思路
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