论文导读：目前，CCD固体摄像器件作为光电变换传感器已经在许多领域得到了广泛的使用，被检测对象的光信息通过光学系统在CCD的光敏元件上形成光学图像。图像采集卡是工业图像采集必不可少的硬件设备，本课题用到的是DH-CG300视频采集卡。在PC机windows平台下，经过软件开发，形成图像界面风格的专用图像处理软件系统，软件系统通过对屏幕上显示的动态图像进行分析、处理，利用比色测温原理可得到水泥窑内的熟料温度和火焰温度。
关键词：CCD，DH-CG300，比色测温，灰度
图像采集设备一般包括电视摄像机、CCD摄像器件、扫描仪、图像采集卡等。对于工业应用上来讲，一般通过工业CCD摄像头采集图像，再利用图像采集卡对图像进行处理分析[1]。我们采用工业CCD摄像头对水泥回转窑内工况实时采集，因为特殊的工作环境（高温多尘），所以要求CCD的精度比较高，而且其精度直接影响到所采集图像的质量。
1. 图像的获取
本课题采用面阵CCD摄像机作为探测器进行现场图像的采集，面阵CCD是具有自扫描方式的面阵成像器件。CCD摄像机又是一种“传感器件”,它将外界的图像转变为模拟电信号，CCD摄像机的精度由像元素决定，像元素越多，精度就越高[2]。在本课题的图像采集中，使用的是512*512像素的CCD摄像机，为实现对工业图像进行分析和处理，必须对摄像机的视频信号进行数据采集，并对视频信号进行数字化处理，再对量化的数值进行分析与处理，然后将处理后的结果显示在监视器上。
目前，CCD固体摄像器件作为光电变换传感器已经在许多领域得到了广泛的使用，被检测对象的光信息通过光学系统在CCD的光敏元件上形成光学图像。CCD器件把光信息转换成与光强成正比例的电荷量，用一定频率的脉冲对CCD进行驱动，在CCD的输出端可获得被测对象的视频信号。
CCD比色测温原理图如图2.1所示：
图2.1 CCD比色测温原理图
2.图像采集卡
图像采集卡是工业图像采集必不可少的硬件设备，本课题用到的是DH-CG300视频采集卡。DH-CG300视频采集卡是彩色视频/音频采集卡，它具有使用灵活、集成度高、功耗低等特点，并且拥有PCI图像卡的功能，它可将图像直接传送到计算机内存或显存，是前两年市场上相当流行的一种图像采集卡，适用于图像处理、工业控制、多媒体监控、办公自动化等领域。本课题就是通过此采集卡把CCD采集到的图像传输到显示器的。
2.1 DH-CG300主要技术性能及指标
◆ 三路复合视频输入，一路S-Video输入，软件切换。其中第一路为音视频复用，S-Video的亮度信号输入也可作为复合视频输入。
◆ 支持PAL，NTSC或黑白视频输入，信号幅度Vp-p = 1V。论文参考网。
图像最高分辨率：
PAL制：768×576×24位 ；
NTSC制：640×480×24位；
◆ 支持YUV422、RGB8888、RGB888、RGB565、RGB555及256模式。
◆ 支持计算机内容与图像同屏显示，图形覆盖功能。
◆ 支持裁剪与比例压缩模式。
◆ 支持单场、单帧、连续场、连续帧的采集方式。
◆ 支持Win9x、WinNT、Win2000、WinXP等操作系统。
◆ 支持单声道音频采集。
2.2 DH-CG300基本结构及工作原理
图像被CCD采集以后，输出的多路视频信号，同时进入视频采集卡，通过计算机对每帧内存的访问，在显示屏上可得到动态的水泥窑内的煅烧带图像。在PC机windows平台下，经过软件开发，形成图像界面风格的专用图像处理软件系统，软件系统通过对屏幕上显示的动态图像进行分析、处理，利用比色测温原理可得到水泥窑内的熟料温度和火焰温度。然后将检测到的参数及时反馈到控制操作台，如果参数偏离正常工作范围，则控制装置需要实时对窑速、喷煤量等参数进行调整，以保证回转窑尽可能在最佳状态下运行。
DH-CG300的工作原理框图如图1.2所示：
图1.2 CG300工作原理框图
由上图可知，CG300图像采集卡可同时对四路复合视频输入，但是就某一具体时刻来说只能有一路视频输入，这四路视频的切换必须用软件编程来实现。所以此卡可同时对四个水泥回转窑进行循环控制。
3.图像采集及显示功能的软件实现途径
CG300图像采集卡所带的函数库及控件都可以运行于Visual C++环境之下，因此采用Visual C++作为开发工具。Visual C++提供了良好人机交互界面，使软件操作方便、简单，适用于普通技术工人操作。
图像采集卡安装好以后，要对其初始化才能发挥它的采集处理功能。图像采集卡的开始操作和初始化参数的设置需要在应用程序的初始化中完成，图像卡的结束操作在应用程序退出前执行。
DH-CG300图像采集卡有3个复合视频接口，可以实现三路视频切换输入与一路输出。在工厂中一般都不是只有一条窑，考虑应该在同一界面下对多条水泥窑同时进行控制。在本课题程序中可同时实现对3条窑的控制，即有3路视频信号输入，一路信号输出。论文参考网。
图1.3 图像显示调节窗口
4. 图像灰度值与温度之间的关系
4.1 比色测温的计算
将(1-1)比(1-2)式有：
因为水泥回转窑图像经CCD获取后，再经图像卡量化为24位/每像素逐点存储。每一像素点24位包括红色亮度值（R）、绿色亮度值（G）、蓝色亮度值（B）,每个亮度值8位。在对CCD的分光特性作了辐射强度与CCD的接受亮度成正比的理想化假设后，有：
根据国际照明委员会规定，标准色光三原色的代表波长是：红光(R)700nm、绿光(G)546.1nm。论文参考网。蓝光(B)435.8nm。
由以上公式，就能对采集的图像上任一点的温度进行计算。
4.2 温度与灰度的对应关系
由红外线成像原理及红外线测温原理可知，不同温度在图像上表现为不同的亮度。一般来说，图像的平均灰度值越小，其表现的温度越低，反之，温度越高。也就是说平均灰度值同对应温度之间成正比关系[5]。现场看火工就是应用了此原理对煅烧带的温度进行推断的。温度与图像灰度之间的对应关系如图2.4所示：
图2.4 温度与灰度的对应关系图
5. 结束语
利用CCD摄像机、图像采集卡把水泥窑工作状况采集到计算机后，是进一步实现炉火温度自动控制的基础，有较强的应用价值。
【参考文献】
[1]杨举宪.水泥窑煅烧带图像实时温度检测与动态数据库[D].内蒙古:内蒙古工业大学硕士论文,2004:5-8.
[2]吕凤军.数字图像处理编程入门[M].北京:清华大学出版社，1999:112-113.
[3]沈庭芝,方子文.数字图像处理及模式识别[M].北京:北京理工大学出版社，1998:39-43.
[4]徐伟勇等.数字图像处理技术在火焰监测上的应用[J].北京:中国电力,1994,10: 63-65.
[5]李聪，张勇，耿欣.水泥旋窑窑内物料温度图像处理[J].济南:山东建材学院学报,1998,12（2）: 146-148.
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