数字图像处理涉及了很多应用，是一门综合性很强的交叉学科，是未来技术向智能化发展的最富有前景，也最富有挑战的领域。数字图像处理技术涉及数学、计算机科学、模式识别、人工智能、信息论、生物医学等多种学科，是一门多学科交叉应用技术。图像技术内容十分丰富，如图像获取、图像编码压缩、图像存储与传输、图像变换、图像合成、图像增强、图像复原与重建、图像分割、目标检测、图像表示与描述、图像配准、图像分类与识别、图像理解、场景分析与理解、图像数据库的建立、索引与检索及综合利用等。其主要内容有图像变换、图像增强、图像复原、图像压缩、图像分割。其中主要应用了图像压缩。由于图像数据量的庞大，在图像的存储、传输、处理时非常困难，而图像压缩通过减少图像数据中的冗余信息从而用更加高效的格式存储和传输数据，因此图像数据的压缩就显得非常重要。图像变换中的变换都是酉变换，即变换核满足正交条件的变换。经过变换后的图像往往更有利于特征抽取、增强、压缩和图像编码。图像增强是增强图像中的有用信息，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，从而达到增强视觉效果的目的。图像复原则通过处理退化图像使之更趋近于原图，满足人们视觉上的需要。图像分割是在一幅图像中，把需要的图像从背景中分离出来，以便于进一步处理 ^[15] 。

数字图像处理方法大致可以分为两大类，即空间域处理法（或称空域法）和变换域处理法（或称频域法）。

1）空域法

空域法把图像看做平面中各个像素组成的集合，然后直接对其进行相应的处理。空域法主要有邻域处理法，涉及梯度运算、拉普拉斯算子运算、平滑算子运算和卷积运算。

2）变换域法

变换域法首先要对图像进行正交变换，得到变换系数阵列，然后再进行各种处理，处理后再逆变换到空间域，得到处理结果。

这类处理主要包括滤波、数据压缩、特征提取等。

目前，锅炉燃烧检测一般采用工业电视监视的方法，即炉膛安全监视系统（Furnace Safeguard Supervisory System，FSSS）。其功能单一，仅通过火焰颜色和亮度来判断锅炉的燃烧状况，以保护燃烧火焰不会熄灭，它能在锅炉正常工作和启停等各种运行工况下，连续地密切监视燃烧系统的参数和状态，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，使燃烧设备按照合理的程序完成操作，以保证锅炉燃烧的安全。但它主要集中在火焰“有”或“无”的判断上，却不能实现定量判断和联入自动控制系统。近年来计算机技术的发展，进一步拓宽了火焰电视的功能，使其由保证锅炉的安全运行向提高运行经济性、降低污染物排放（清洁燃烧）、实现燃烧的在线诊断等更高层次的领域发展 ^[16] 。

在实际应用中，如在氧化铝回转窑、锅炉燃烧等系统中常用CCD摄像机采取火焰图像。CCD摄像机是火焰检测装置的一次传感元件，其视野宽阔，图像清晰，能适应恶劣的生产环境。它是数字图像采集硬件系统中一个关键部件。它由CCD电荷耦合器件加上各种功能电路组成。CCD电荷耦合器件由一系列MOS电容器阵列组成，集光电转换、电荷存储和电荷转移于一体。工业CCD摄像机已经越来越广泛地应用于工业诊断和过程监视中。CCD摄像机将所拍摄的火焰图像经由同轴电缆送至计算机上的图像采集卡，图像采集卡将视频信号转换成数字信号。对所接收到的信号在计算机中进行相应的处理，如图像分割，分割出有用信息，进而提取出有用参数，最终根据这些数据去实现系统的控制 ^[17] 。

由于所拍摄的火焰图像是彩色图像，因此应先进行图像的预处理——图像的灰度化和亮度调整，预处理完成之后再对图像进行去噪滤波，在去噪滤波后的图像基础上再以最大类间方差法（OSTU）对图像分别进行分割，最后对分割出的图像进行标记和边缘提取，最终分割出火焰图像并提取出火焰图像特征。具体的处理流程图如图 2-1 所示。

为提高计算机的视觉功能。增强计算机的分析和识别能力，需对原始图像的噪声进行去除和修正。这种突出有用信息，抑制无用信息和改善图像质量的处理技术，称为图像的预处理，经过处理后，输出图像质量得到明显改善，便于计算机对图像进行分析、处理、识别和理解。图像预处理主要是用来改善图像质量，对图像进行相应的变化，为后面的分析做准备。 FgX8QEXNNNG1f6g7713QxfZtZYoHmFrfNNOCUI14PGbke4kMmw6WQMqG5ek//G1R