本发明专利技术涉及一种爆炸火焰特征的分析方法、装置及设备，包括：通过获取爆炸火焰的图像信息，对图像信息进行灰度化处理以及二值化处理，提取火焰的边界，然后遍历二值化目标火焰图像信息中的每一个像素点得到目标火焰前端锋面在图像中的位置，根据实际前端锋面在各帧图像中的位置变化和各帧图像之间的时间间隔，计算火焰前端传播速度的变化趋势、火焰传播加速度的变化趋势以及平均速度；通过计算每一帧图像的火焰面积，得到火焰面积的变化趋势；根据每帧图像中最大灰度值的变化，得到火焰亮度的变化规律，通过对火焰速度、面积以及亮度的定量分析，真实反映了爆炸火焰的动态传播演化规律，非常适合在对爆炸火焰传播规律的研究中推广、使用。使用。使用。
【技术实现步骤摘要】
一种爆炸火焰特征的分析方法、装置及设备
[0001]本专利技术涉及火焰分析
，具体涉及一种爆炸火焰特征的分析方法、装置及设备。
技术介绍
[0002]随着现代工业化进程的加快以及智能制造和新材料应用的兴起，粉尘技术日益成熟，生产、加工和使用粉尘的行业逐渐增多，且粉体作为原料、中间产物以及工业产品伴生物，越来越多地参与到各行业规模化、机械化的生产中，随之而发生的粉尘爆炸事故概率不断加大。如2014年8月2日位于江苏省苏州市昆山市昆山经济技术开发区的昆山中荣金属制品有限公司抛光二车间发生特别重大铝粉尘爆炸事故，共造成146人死亡、163人受伤直接经济损失3.51亿元。同样的，可燃气体爆炸事故也频繁发生；例如，2021年10月21日，东北地区发生瓦斯爆炸事故，造成5人死亡，52人受伤。
[0003]如何在现场有效预防爆炸事故的发生是当前急需解决的难题，但由于大型实验不仅耗费巨大的人力物力成本，且可能会造成人员伤亡。因此利用实验室的实验装置研究粉尘爆炸火焰的动态传播演化规律具有重要的意义。
[0004]目前，实验室爆炸实验系统研究爆炸火焰的动态变化大多还是根据火焰图像定性分析，并没有一套定量分析系统，导致对于火焰描述过于主观化，不够精确。因此设计一种精确、方便的方法来研究粉尘爆炸火焰的动态传播演化规律，就成为本专利技术要解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种爆炸火焰特征的分析方法、装置及设备，以解决现有技术中，无法对爆炸产生的火焰进行定量分析，对火焰的传播演化规律不够精准的问题。
[0006]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种爆炸火焰特征的分析方法，包括：
[0007]获取爆炸火焰的图像信息，确定图像尺寸与实际尺寸的对应关系；
[0008]对爆炸火焰的图像信息进行灰度化处理；
[0009]对灰度化处理后的图像信息进行二值化处理，提取爆炸火焰的图像信息中的目标火焰图像信息以及提取目标火焰图像的边界；
[0010]遍历二值化目标火焰图像信息中的每一个像素点得到目标火焰前端锋面在图像中的位置；
[0011]通过确定的图像尺寸与实际尺寸的对应关系计算出目标火焰前端锋面的实际位置；
[0012]通过多帧图像之间火焰前端的位置与不同帧图像之间的时间间隔计算火焰前端传播速度的变化趋势、火焰传播加速度的变化趋势以及平均速度；
[0013]通过计算火焰像素和总像素的比值可以得到火焰占整个图像的比例，利用图像尺寸与实际尺寸之间的关系计算出火焰面积，通过计算每一帧图像的火焰面积，得到火焰面
积的变化趋势；
[0014]提取图像中灰度值最大的像素的灰度值，将该灰度值作为该图像中火焰的亮度，根据多个图像帧的最大灰度值，得到火焰亮度的变化趋势。
[0015]优选地，
[0016]所述获取爆炸火焰的图像信息包括：
[0017]将实验对象按照预设的实验流程操作，并设置实验所需的实验条件，所述试验条件包括浓度、点火延迟时间、喷尘压力以及点火能量；
[0018]在点火的同时，通过设置在实验装置视窗正前方的高速摄像机按照一定的频率进行拍摄，获取爆炸火焰的图像信息。
[0019]优选地，
[0020]所述确定图像尺寸与实际尺寸的对应关系包括：
[0021]根据实验装置视窗的尺寸以及图像的分辨率，计算爆炸火焰的图像信息中每一个像素点所代表的实际高度。
[0022]优选地，
[0023]所述对爆炸火焰的图像信息进行灰度化处理包括：
[0024]利用Gamma校正算法对彩色的爆炸火焰的图像信息进行处理得到灰度值，对不同通道里的灰度值进行加权，将加权后得到的灰度值转换后存到对应的二维数组里面。
[0025]优选地，
[0026]所述对灰度化处理后的图像信息进行二值化处理，提取爆炸火焰的图像信息中的目标火焰图像信息包括：
[0027]根据二维数组里的灰度值生成灰度直方图，并进行归一化处理，得到比例直方图；
[0028]根据比例直方图计算爆炸火焰的图像信息的平均灰度；
[0029]将灰度值从0迭代到X，通过平均灰度计算目标火焰和背景的类间方差；
[0030]将最大类间方差对应的灰度值设置为阈值，基于阈值对图像进行二值化处理。
[0031]优选地，
[0032]所述提取目标火焰图像的边界包括：
[0033]通过高斯滤波来平滑二值化处理后的图像，去除噪声；
[0034]获取图像的强度梯度；
[0035]通过非最大抑制法来消除图像的边误检；
[0036]通过双阈值方法确定可能的边界；
[0037]通过滞后法来跟踪可能的边界，再对边界进行提取；
[0038]所述对边界进行提取包括：
[0039]遍历二值化图像的每一个像素点，将灰度值为X的像素点设置为参考点，搜索参考点四周邻域方向上的像素，确定参考点周围是否存在至少一个像素为0的点，若存在，则参考点为边界点，否则为非边界点。
[0040]根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种爆炸火焰特征的分析装置，包括：
[0041]图像获取模块：用于获取爆炸火焰的图像信息，确定图像尺寸与实际尺寸的对应关系；
[0042]灰度化处理模块：用于对爆炸火焰的图像信息进行灰度化处理；
[0043]二值化处理模块：用于对灰度化处理后的图像信息进行二值化处理，提取爆炸火焰的图像信息中的目标火焰图像信息以及提取目标火焰图像的边界；
[0044]前端锋面确定模块：用于遍历二值化目标火焰图像信息中的每一个像素点得到目标火焰前端锋面在图像中的位置；
[0045]实际位置获取模块：用于通过确定的图像尺寸与实际尺寸的对应关系计算出火焰前端的实际位置；
[0046]速度分析模块：用于通过多帧图像之间火焰前端的位置与不同帧图像之间的时间间隔计算火焰前端传播速度的变化趋势、火焰传播加速度的变化趋势以及平均速度；
[0047]面积分析模块：用于通过计算火焰像素和总像素的比值可以得到火焰占整个图像的比例，利用图像尺寸与实际尺寸之间的关系计算出火焰面积，通过计算每一帧图像的火焰面积，得到火焰面积的变化趋势；
[0048]亮度分析模块：用于提取图像中灰度值最大的像素的灰度值，将该灰度值作为该图像中火焰的亮度，根据多个图像帧的最大灰度值，得到火焰亮度的变化趋势。
[0049]根据本专利技术实施例的第三方面，提供一种爆炸火焰特征的分析设备，包括：
[0050]存储器，所述存储器中存储有程序指令；
[0051]控制器，用于执行存储器中存储的程序指令，执行如上述所述的方法。
[0052]本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0053]本申请通过获取爆炸火焰的图像信息，对图像信息进行灰度化处理以及二值化处理，获取目标火焰信息并提取火焰的边界，然后遍历二值化目标火焰图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种爆炸火焰特征的分析方法，其特征在于，包括：获取爆炸火焰的图像信息，确定图像尺寸与实际尺寸的对应关系；对爆炸火焰的图像信息进行灰度化处理；对灰度化处理后的图像信息进行二值化处理，提取爆炸火焰的图像信息中的目标火焰图像信息以及提取目标火焰图像的边界；遍历二值化目标火焰图像信息中的每一个像素点得到目标火焰前端锋面在图像中的位置；通过确定的图像尺寸与实际尺寸的对应关系计算出目标火焰前端锋面的实际位置；通过多帧图像之间火焰前端的位置与不同帧图像之间的时间间隔计算火焰前端传播速度的变化趋势、火焰传播加速度的变化趋势以及平均速度；通过计算火焰像素和总像素的比值可以得到火焰占整个图像的比例，利用图像尺寸与实际尺寸之间的关系计算出火焰面积，通过计算每一帧图像的火焰面积，得到火焰面积的变化趋势；提取图像中灰度值最大的像素的灰度值，将该灰度值作为该图像中火焰的亮度，根据多个图像帧的最大灰度值，得到火焰亮度的变化趋势。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取爆炸火焰的图像信息包括：将实验对象按照预设的实验流程操作，并设置实验所需的实验条件，所述试验条件包括浓度、点火延迟时间、喷尘压力以及点火能量；在点火的同时，通过设置在实验装置视窗正前方的高速摄像机按照一定的频率进行拍摄，获取爆炸火焰的图像信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定图像尺寸与实际尺寸的对应关系包括：根据实验装置视窗的尺寸以及图像的分辨率，计算爆炸火焰的图像信息中每一个像素点所代表的实际高度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对爆炸火焰的图像信息进行灰度化处理包括：利用Gamma校正算法对彩色的爆炸火焰的图像信息进行处理得到灰度值，对不同通道里的灰度值进行加权，将加权后得到的灰度值转换后存到对应的二维数组里面。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对灰度化处理后的图像信息进行二值化处理，提取爆炸火焰的图像信息中的目标火焰图像信息包括：根据二维数组里的灰度值生成灰度直方图，并进行归一化处理，得到比例直方图；根据比例直方图计算爆炸火焰的图像信息的平均灰度；将灰度值...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞磊，刁振楠，孙思衡，杨凯，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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