本書主要介紹了數字圖像處理技術在高溫低氧燃燒診斷中的應用現狀以及火焰圖像預處理方法、溫度場檢測方法、火焰圖像的特征量分析、基于神經網絡和基于支持向量機的燃燒穩定性判定方法、基于偏最小二乘法的氮氧化物排放量預測方法等。
本書適合從事燃燒技術的工程技術人員閱讀，也可供高等院校圖像處理相關專業的教師和研究生參考。

言

我國是世界上最大的煤炭生產和消費大國，以燃煤為主的工業鍋爐在工業生產中占據重要地位。優化鍋爐爐內燃燒工況不僅能減少燃料量和避免爐內爆管事故，而且是控制燃燒污染排放的有效途徑，從而提高工業鍋爐燃燒的安全性，減少空氣污染。因此，工業鍋爐燃煤的安全、經濟運行，清潔燃燒對我國經濟的發展、人民生活的提高、生活環境的改善有著十分重要的意義。
燃燒工況的不穩定不僅會降低鍋爐的效率，增加污染物的排放和產生噪聲污染，在極端的情況下可能會引起爐膛熄火造成事故。氮氧化物對人體有直接的危害，是酸雨形成的一個主要原因，還會污染環境。其中的二氧化氮是一種是溫室氣體，會破壞臭氧層。目前我國的工業鍋爐燃燒管理水平比較落后，燃煤機組煤質較差，煤種的特性經常變動，參數整定困難，缺少準確可靠的氮氧化物檢測手段。評價各種工業爐和燃燒技術的兩個基本標準是燃燒工況穩定性和NOx的排放量。高溫低氧燃燒技術是一種具有高效節能和低NOx排放雙重優越性的燃燒技術，一直以來受到世界各國的普遍重視。
工業鍋爐爐膛內的燃燒過程是發生在較大空間范圍內的、不斷脈動的、具有明顯三維特征的復雜物理化學過程。鍋爐燃燒的基本要求是在爐膛內建立并維持穩定、均勻的燃燒火焰。燃燒火焰的溫度測量是燃燒領域一個極其重要的問題，它對于燃燒狀態的判斷、預測和診斷有著十分重要的意義。應用彩色CCD攝像機獲取爐膛內燃燒火焰圖像，利用數字圖像技術計算出鍋爐內火焰溫度是一個具有挑戰性的課題。
爐膛火焰燃燒診斷一直是一個熱點問題。現有的燃燒診斷系統都有不穩定、實時性差和識別率低的缺點。而實現爐膛火焰狀態的實時監控、準確判斷以及燃燒診斷系統的自動化、智能化，能提高燃燒狀態識別的準確性和可靠性，可以有效地防止熄火、鍋爐爆燃等重大事故的發生，減少國家財產損失，保障人民的生命安全。
作者旨在將圖像處理技術與現有爐膛火焰監視設備結合起來，根據熱輻射原理和彩色CCD攝像機的色度學基礎，利用數字圖像處理技術從火焰圖像中提取計算所需的圖像信息。
本書分析研究了鍋爐燃燒診斷現狀，總結了國內外的研究方向和方法，指出其存在的不足與缺陷，并分析總結了數字圖像處理技術和人工智能的研究進展，重點研究了基于數字圖像處理技術與現代人工智能相結合的燃燒診斷系統。由于攝取的火焰圖像較原始圖像存在一定程度的降質和失真，因此本書建立了圖像降質模型，依據該模型對攝取的火焰圖像實現了變換和恢復處理，使處理后火焰圖像能夠最大程度地接近原始圖像的特征。采用增強處理，使火焰目標和爐膛背景產生明顯的區別，然后對其進行分割處理，把火焰目標從爐膛背景中提取出來。同時，研究了基于火焰圖像處理技術的測溫算法，運用智能模型來診斷火焰的燃燒狀態。最后，本書重點研究了氮氧化物的生成機理，以及各種運行參數對氮氧化物排放量的影響規律，這些影響因素為檢測氮氧化物排放量做了理論基礎。并對偏最小二乘法的計算模型進行改進，結合從火焰圖像中提取出的鍋爐內燃燒溫度及其他影響氮氧化物生成的參數對鍋爐氮氧化物排放量進行預測，提高預測的精確度和計算速度。
本書得到山西省自然基金（項目編號：200711048）項目支持。太原科技大學電子工信息工程學院院長孫志毅教授對本書的寫作給予了極大的關心，宋仁旺副教授、常春波副教授、石慧老師、忻州師范學院張麗丹老師也為本書提出了寶貴的意見，在此一并表示衷心的感謝。
全書力求理論、實踐和方法的統一，并使其具有可操作性。由于作者水平有限，加上時間倉促，書中肯定存在不足之處和錯誤，懇請讀者給予批評指正。

作 者
2012年7月




總 序

2012年，太原科技大學將迎來60周年華誕。值此六秩榮慶之際，我校的專家學者推出了這套學術叢書，以此獻禮，共襄盛舉。
六十年前，伴隨著新中國的成立，偉業初創，百廢待興，以民族工業為先鋒的社會主義現代化建設蓬勃興起，太原科技大學應運而生。六十年來，幾代科大人始終心系民族振興大業，胸懷制造強國夢想，潛心教書育人，勇擔科技難題，積極服務社會，為國家裝備制造行業發展壯大和社會主義現代化建設做出了積極貢獻。四萬余名優秀學子從這里奔赴國民經濟建設的各個戰場，涌現出一大批杰出的科學家、優秀的工程師和知名的企業家。作為新中國獨立建設的兩所“重型機械”院校之一，今天的太原科技大學已發展成為一所以工業為主，“重大技術裝備”領域主流學科特色鮮明，多學科協調發展的教學研究型大學，成為國家重型機械工業高層次人才培養和高水平科技研發的重要基地之一。
太原科技大學一直擁有濃郁的科研和學術氛圍，眾位同仁在教學科研崗位上辛勤耕耘，碩果累累。這套叢書的編撰出版，定能讓廣大讀者、校友和在校求學深造的莘莘學子共享我校科技百花園散發的誘人芬芳。
愿太原科技大學在新的征途上繼往開來、再創輝煌。
謹以為序。



太原科技大學校長 郭勇義