Infrared images provide useful information to inspect the status of combustion processes. The flame geometry and intensity depend on the combustion status and can be used for control and monitoring purposes. Flame segmentation is difficult since the background intensity is sometimes higher than the flame intensity, therefore requiring the use of sophisticated image analysis algorithms. This paper describes methods to analyze infrared images of industrial flames and to characterize the flame geometry. A segmentation algorithm is proposed to separate the flame region from the background using an image formation model, a background model and the available shape information. Segmentation algorithms (e.g., active contours) usually assume solid objects with sharp boundaries. This is not true in the case of flame images. The flame is nonhomogeneous and it has a fuzzy boundary. To circumvent this difficulty multiple contours are used to characterize the flame geometry. The flame shape is then obtained by robust estimation methods, using a model of the image formation process inside the combustion chamber. The proposed algorithm is evaluated and used to monitor the flame characteristics in a boiler of a thermoelectric plant.
Infrarotbilder liefern nutzliche Information zur Untersuchung von Verbrennungsvorgangen. Die Flammengeometrie und -intensitat hangen vom Zustand der Verbrennnung ab und konnen fur Steuer- und Uberwachungszwecke verwendet werden. Eine Flammensegmentierung ist schwierig, da die Hintergrundintensitat manchmal hoher ist als die Flammenintensitat. Deshalb werden komplizierte Bildanalysealgorithmen benotigt. In dieser Arbeit werden Methoden zur Analyse von Infrarotbildern industrieller Flammen und zur Charakterisierung der Flammengeometrie beschrieben. Es wird ein Segmentierungsalgorithmus zur Abgrenzung der Flammenregion vom Hintergrund vorgeschlagen, der ein Bildformungsmodell, ein Hintergrundmodell und verfugbare Gestaltinformation benutzt. Segmentierungsalgorithmen (z.B.mittels aktiver Konturen) beruhen ublicherweise auf der Annahme fester Objekte mit scharfen Begrenzungen. Diese Annahmen treffen auf Flammenbilder nicht zu. Die Flamme ist inhomogen mit unscharfer Begrenzung. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, werden zur Charakterisierung der Flammengeometrie mehrfache Konturen verwendet. Die Flammenform wird dann mittels robuster Schatzmethoden erhalten, wobei ein Modell des Bildformungsprozesses innerhalb des Verbrennungsraums verwendet wird. Der vorgeschlagene Algorithmus wird ausgewertet und zur Uberwachung der Flammencharakteristik im Boiler eines Warmekraftwerks verwendet.
Les images infrarouges fournissent une information utile pour l'inspection de l'etat de processus de combustion. La geometrie de la flamme et son intensite dependant de l'etat de la combustion et peuvent etre utilisees a des fins de controle et de surveillance. La segmentation de la flamme est difficile car l'intensite de l'arriere-plan est quelquefois superieure a l'intensite de la flamme, ce qui impose l'utilisation d'algorithmes d'analyse d'image sophistiques. Cet article decrit des methodes d'analyse d'images infrarouges de flammes industrielles et de caracterisation de la geometrie des flammes. Un algorithme de segmentation, utilisant un modele de formation de l'image, un modele de l'arriere-plan et l'information de forme disponible, est propose pour separer la region de flamme de l'arriere-plan. Des algorithmes de segmentation (tels que celui des contours actifs) font en general l'hypothese d'objets solides ayant des frontieres nettes. Ceci n'est pas vrai dans le cas d'images de flammes. Une flamme et non-homogene et a une frontiere floue. Afin de contourner cette difficulte des contours multiples sont employes pour caracteriser la geometrie de la flamme. La forme de la flamme est obtenue ensuite a l'aide de methodes d'estimation robustes, sur la base d'un modele du processus de formation de l'image a l'interieur de la chambre de combustion. L'algorithme propose est evalue et utilise pour surveiller les caracteristiques des flammes dans la chaudiere d'une centrale thermo-electrique.