基于回转窑表面温度场的红外三维图像重建算法研究

34红外2018年2月文章编号：1672-8785(2018)02-0034-05基于回转窑表面温度场的红外三维图像重建算法研究程亚军谭伟(重庆邮电大学信号与信息处理重庆市重点实验室，重庆400065)摘要：回转窑是工业生产中 烧的 ，生产过程中需要对其进行实时监测，过高引发 。

现代工业采用红外测温方法实时监测回转的表 ，在监测过程中需要进行实时 。

传统方法对回转窑实时测时，用显示回转窑的表 ，这种热 的性差，不强。

针对上述问题，提出了一种新方法，对回转窑的表 场进行三维重建，并以伪彩显示出回转 个表面的 。

实验表明，生成的回转场的三 型比传统热 的效果更好，更容易被工作人员辨识，有利于工业生产。

关键词：回转窑；红外测温；故障定位；温度场；三维重建中图分类号：TN219 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.l672-8785.2018.02.006Study of Reconstruction Algorithm of Infrared 3D ImagesBased on Rotary Kiln Surface Temperature FieldCHENG Ya-jun，TAN Wei{Chongqing Key Laboratory o f Signal and Information Processing，ChongqingUniversity o f Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China)Abstract ：Rotary kilns are th e co re e q u ip m en t for clin k er calcin atio n in in d u strial p ro d u ctio n.T o preven t th eaccid en ts cau sed by lo cal h igh tem perature，they n eed to b e m o n ito red m p ro d u ctio industries?th e surface tem p eratu re of rotary kiln s is usually m o n ito red by infrared tem p eratu re m easu rem en tm eth o d s in reel tim e.But in th e process of m onitorin g，th e fau lts sh o u ld b e lo cated in reel tim e.T rad itio n c real-tim e rotary kiln m o n ito rin g m eth o d s generally u se tw o-cd m en sio n cl l^n a g e s to display th e surface tem p era­tu re of rotary kilns.The th erm al Im ag es obtainedby th ese m eth o d s are p o o r in in tu itio n sense.T o solve th e ab o ve problem s?a new m eth o d w h ich can reconstru ct th e surface tem p eratu re field s of arotary kiln in th ree d im en sio n s an d display th e tem p eratu re in fo rm atio n o n th e w h ole surface of th e rotary k ilnn p seu d o co lor s p ro p o sed.The exp erim en tal results show th at th e three-dm ensiond m odd of th e tem p era­tu re field of th e rotary kiln gen erated s better th an traditiond thernal im ages an d s easier to b e k len op erators.This s beneficid to m d u strici p ro d u ctio n.收稿日期：2017-12-19基金项目：国家自然科学基金项目（1671094);重庆市科委项目（CSTC2015JCYJA40032)作者简=：程亚军（1990-)，男，河南信阳人，硕士生，主要研究方向为红外图像处理和嵌入式软件开发。

E-mail：cyjenter@163. com第39卷，第2期红外35 Key words：rotary kiln；in frared tem p eratu re m easu rem en t；fault lo catio n；tem p eratu re field；sio n al reco n stru ctio n〇引言在建材、冶金、化工和环保等行业中，回转窑是生产工艺中 烧环节中的大型核心[13□，也是重要的能耗 ，其运:况直 着企业产品的质量、产量和生产成本，如图1所示。

回筒体 卷制而成；内表面由耐火砖镶砌而成，耐火砖主要用 来保护窑筒体的 ，使其不 筒体内部1500〜1700 °C高温气流烧蚀和物料磨损。

窑筒体的表面温 密切 。

如果窑温度过高，会 回耐火 ，从而 表 的硬度，严重时，会导致窑筒体 或发生 事故。

反之，如果温度过低，则会导致 烧质量不，造成资源严重浪费 污染M。

所以，温度是回 生产过程中最重要的热工参数之一，对其进行实时 常重要。

图1回转窑正常工作图红外测温作为一种非接触式温度测量方 法，量过程不干扰被测温场、测温范围宽、测温 作方便等优点[5]，已被广泛应用于回 温度的 。

实际生产中，通过获取回 的表面温 ，然后传输到计算机。

计算机在处理 时，需用一种 的显示 工作人 到回转的表面温 ，以进行温 位。

国内的研人 经做了一些研究，比如陈桂芳对回 筒体的表面三维热图像生 进行了研究，提出了一种立体模型，利用温度和 生成三维 [6]。

高彦研究 筒 体温度图像在 系统，提出了二维热像图三维 图的显示 [7]。

研究 ：泥回转窑的状态 系统，提出了二维 I 图、三维 图和轴向 图的显示 [8]。

这些显示 是 二维图像的，相对来说直观性不强，在指导生产 后。

与二维平面相比，三维空间能更直观、全面地反映更多 ，且易被人们 9。

因此，本文提出 一种三维重 生成回转窑的三维模型，显示回转窑的表面温度。

本文 介绍回转窑的扫描测温原理，然后介绍回 的三维重建原理，主要 三维立体 系的 立 三维立体 的，最后通过软件仿 对回 表面的温 进行重建。

实验结果显示，重建后的三维立体模型 的显示效果，与传统的三维 图相比的直 ，在指导工作人员进行回表面温 位 重要作 应用价值。

1红外筒体扫描测温系统的测温原理回转窑是一个大型的旋转筒体结构，工业 中使 对回 表 进行 ，通过普 可获取回 的表面温度信息。

图2为本 系统测温系统的框架图，该系统 温范围广、测温精度高的特点，其测温范围为100〜500C，在常温环境下 测温精度为士 10C。

测温系统主要由三部分组 ，分别 、传输 计算机 软件。

筒体 主要由三部分组成，分别 丨子系统、探 D SP核心处理电路，其中探测器为光子型HgCdTe探测器，响应波长范围为3. 5〜4^m，在探测范围内，该 探测器的灵敏度较高。

回转窑作为辐射源，向36红外2018年2月四周辐射红外线。

在扫描测温仪的测温视场 内，各个方向的红外线经透红外的密封窗口进 入到 部，然后固定在同 系统上的反 将 反射到探 。

同子 系统主要由机械 装置 系统组成，而 探 是一种能够将 号：为号输出的器件。

后的 号经DSP 核心处理电路处理后，通过网口经以太网传输 上位机软件。

经计算机处理后，将整个窑筒 体的表面温度以伪彩图显水出来。

和对称轴。

回转窑是一个大型的筒体结构，如图3所示，A、B为筒体两底端的圆心，C、 D 分别为筒体底端圆上的点，即A、B、C、D是 回转窑上面的四个特征点。

将A、B、C、D构 成的 以中轴线A B为轴，按照如图3所示的方向 ，可以生 筒体。

根据回转窑旋转体的 的，以系统的 始，坐 ，以窑筒体的中轴线所在的方向为X轴，以筒顶垂直于中轴线的 直径所在的方向分别作为Y轴和Z轴，建立空间立体坐标系，如图3所示。

2回转窑温度场三维坐标系的建立扫描仪在安装时和回转窑轴线处于同一水 平位置。

在同 子系统的作 ，：定的周期对回 表面进行同步。

的固回的端呈90°夹角，系统 一圈后，得到一条温 ，同子系统使上位机软件刷新 回的持一致；当回转一圈时得到整个表面的温 。

回转窑温 三维立体模型的重建需要还原回 ：的外轮廓，并以伪彩的形式显示表面温度的具 体 。

所以，在重建过程中需要 回：的等效模型。

界中的规则形体，无论是平面、长 方体或 体一个共同的，即几何对 [1(>11]。

回作为一个大型的 筒体结构，可等效为一个 的圆柱体。

所以，根据几何对 的，在对回 型进行重建时，需要 构成该 型的 曲线3回转窑温度场模型的建立图4为回转窑窑头的截面示意图。

回转窑 按照图4所示的方向 ，部的机械装置带 反 一圈，在扫的范围内就能均匀采集到回 表面一 的温 。

回身旋转一周后，P C端会收到窑的同 号，f 就可以进行回 的表 。

系统所 的温 的数目和扫描系统的自身参数 。

当窑的 一定并 丨描的机的 进 固，回一时，所 的温 的数 一 。

在本扫描系统中，电机转动一圈时会得到一条温 ;回一圈时，根据 到的窑同号，计算出行同 号的个数，即回在 一圈时所得到的 数，记为n。

回的角度2；r_Wn一犚a⑴第39卷，第2期红外37所以，由图4的数量关系可以得到：z=Rsin(rna)(O^rn^n)(2)y=Rcos(ma)«m《n)(3)沿径向可以得到坐标关系：P(Rc〇s(ma)，R n(m a)) (O^m^n)(4)图5为回转窑的横向坐标示意图。

扫描仪 的直角，横向 回轴向位置的 。

在回 横向定位中，算被 应用[7]。

原理是同 中的电机驱 驱动电机，使电机 ；驱 同系统的 号转化 机的角位移；系统每发送一个 号，驱 就使电机 应的角度，所以电机的转速号的 比，即在勻速状态下同 系统一圈时数固定。