專利名稱：基于紅外圖像的溫度場與料面分布檢測方法及監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐冶金過程的爐喉溫度場與料面分布的檢測方法及其計算機監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高爐生產(chǎn)過程是高溫冶金過程，高爐溫度場與爐料分布直接影響高爐內(nèi)塊狀區(qū)的熱能分布、化學(xué)反應(yīng)、煤氣流分布以及爐內(nèi)壓力，實時了解溫度場變化與爐料分布對于預(yù)測煤氣流的發(fā)展情況、穩(wěn)定高爐操作、保證高爐爐況順行十分關(guān)鍵。
傳統(tǒng)溫度場與料面分布檢測方法是利用十字測溫、間斷的人工煤氣取樣分析和料線探尺來間接判斷的。但是這些測量手段所得數(shù)據(jù)均是高爐某個方向或者某幾個不連續(xù)點的數(shù)值，在反映高爐實際的布料和煤氣利用上，有一定程度的偏差。因此，在生產(chǎn)過程中有必要根據(jù)高爐生產(chǎn)的復(fù)雜性和特殊性，研究新的方法和技術(shù)克服傳統(tǒng)溫度場與料面分布檢測中遇到的實時性、準確性、不確定性和非完整性等困難。
目前對溫度場與料面分布檢測方法中，有采用爐頂熱圖像儀測量溫度場、采用激光或者微波掃描的等方法，但是這些設(shè)備的成本較高，難以推廣普及。
高爐生產(chǎn)采用了大量各式各樣的傳感器來監(jiān)測生產(chǎn)過程，但是目前大多數(shù)檢測使用單一的檢測設(shè)備或者進行簡單的數(shù)據(jù)處理，很少考慮信息之間的關(guān)聯(lián)。

發(fā)明內(nèi)容
為了有效地解決高爐生產(chǎn)過程中普遍存在的高爐溫度場與料面分布檢測方式復(fù)雜、檢測成本高、對料面分布結(jié)構(gòu)難以準確及時把握、對爐內(nèi)運行狀況難以精確判斷的問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理和狀態(tài)信息的溫度場與料面分布在線檢測方法，采用該方法建立了基于紅外圖像的溫度場模型和基于信息融合的料面分布模型，并且設(shè)計了一個溫度場與料面分布在線監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明設(shè)計提供了一種基于紅外圖像和狀態(tài)信息的溫度場與料面分布在線檢測方法。
(1)在線檢測的硬件實現(xiàn)由紅外攝像儀和工控機組成，通過以太網(wǎng)連接高爐1生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。
(2)主要軟件處理模塊都運行在工控機上，包括圖像采集與處理模塊、OPC通信模塊、溫度場模型、料面分布模型、數(shù)據(jù)庫、溫度場與料面分布顯示模塊、溫度場與料面分布查詢模塊。
(3)檢測工作流程主要是利用紅外攝像儀、圖像采集卡、工控機獲得數(shù)字化的高爐工況圖像信息，通過圖像處理應(yīng)用軟件對采集的黑白圖像進行識別與數(shù)字化處理，并綜合布料制度、布料器和爐體參數(shù)、探尺數(shù)據(jù)等建立溫度場模型和料面分布模型來描繪爐內(nèi)溫度場與料面分布，完成溫度場分布與料面分布顯示、歷史溫度曲線和料面分布曲線的檢索等功能，存儲相關(guān)的參數(shù)信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息。
本發(fā)明設(shè)計建立了一種基于紅外圖像的溫度場模型。
(1)設(shè)計了基于時間尺度和空間尺度的中值濾波和均值濾波的圖像預(yù)處理方法，采用基于雙峰法的閾值選擇策略、輪廓跟蹤技術(shù)來描述高爐溫度場的等溫度線、偽彩圖和徑向溫度。
(2)設(shè)計了一種動態(tài)分段定標的算法，通過統(tǒng)計定標和自學(xué)習(xí)的方式實現(xiàn)高爐動態(tài)的溫度分段定標。
(3)設(shè)計了一種溫度場的中心定標方法，通過掌握中心煤氣的分布，指導(dǎo)高爐操作及時調(diào)整布料，防止燃燒偏心、火焰貼墻等不正常的爐況。
本發(fā)明設(shè)計建立了一種基于信息融合的料面分布模型。
(1)分析了爐料分布特性，根據(jù)爐料特性確定了料面分布的描述形式。
(2)基于信息融合的思想設(shè)計了料面分布模型的流程算法。
(3)根據(jù)運動學(xué)原理、圖像處理技術(shù)、冶煉工藝分析和專家經(jīng)驗確定料面特征參數(shù)的計算。
(4)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和開爐數(shù)據(jù)修正料面模型參數(shù)估計中的公式系數(shù)；依據(jù)專家經(jīng)驗調(diào)整模型的料降速度，確定綜合特征曲線的規(guī)則，形成對料面的完整理解。
本發(fā)明根據(jù)提出的在線檢測方法、溫度場模型、料面分布模型設(shè)計了溫度場與料面分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體的技術(shù)內(nèi)容包括以下5個方面(1)采用偽彩色、等溫線、溫度場中心偏移實現(xiàn)溫度場的在線監(jiān)控。
(2)采用剖面圖、立體圖料面分布的在線監(jiān)控。
(3)采用OpenGL的實現(xiàn)動態(tài)的料面三維顯示。
(4)采用OPC通訊協(xié)議，建立精確、穩(wěn)定的實時通訊機制，并利用ATL技術(shù)對通訊協(xié)議進行封裝。
(5)監(jiān)測系統(tǒng)的信息管理和數(shù)據(jù)查詢。
本發(fā)明溫度場與料面分布在線檢測方案和監(jiān)測系統(tǒng)具有投資少、操作直觀、可靠的特點，為高爐冶煉過程中判斷煤氣流與料面分布提供了客觀、量化的依據(jù)。


圖1本發(fā)明在線檢測總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2本發(fā)明溫度場模型結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明料面描述形式示意圖；圖4本發(fā)明料面分布模型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細的說明。
如圖1所示，安裝在爐頂上的紅外攝像儀把高爐內(nèi)的工況轉(zhuǎn)換為黑白視頻圖像，通過視頻電纜傳輸?shù)礁郀t控制室的工控機；工控機內(nèi)的圖像采集卡完成視頻圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字化的高爐工況圖像信息；通過圖像處理應(yīng)用軟件對采集的黑白圖像進行識別與數(shù)字化處理，并與高爐生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)和通信，同時綜合從OPC通信接口獲取的其它檢測信息，分別建立溫度場模型和料面分布模型來描繪爐內(nèi)溫度場與料面分布；建立基于紅外圖像的溫度場與料面分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，完成溫度場分布與料面分布顯示、歷史溫度曲線和料面分布曲線的檢索功能，存儲相關(guān)的參數(shù)信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息。
溫度場模型的具體內(nèi)容包括紅外圖像的數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)、動態(tài)的溫度分段定標技術(shù)、溫度場的中心定標技術(shù)3個部分，如圖2所示。
(1)基于時間尺度和空間尺度的中值濾波和均值濾波的圖像預(yù)處理方法來濾除圖像中存在的脈沖干擾及椒鹽噪聲，圖像濾波的流程如下Step 1采集一組圖像Original[k][j][i]，其中，k為幀號，k＝0，1，...，10，i為一幀圖像的行號，j為一幀圖像的列號；
Step 2對一組圖像采用基于時間尺度的中值濾波，即midPic[m][j][i]＝{Original[O][j][i]，...，Original[k][j][i]，...，Original[10][j][i]}的中間值，m為采樣組數(shù)；Step 3對n組中值濾波圖像采用基于時間尺度的均值濾波，即AvgPic[j][i]=midPic
[j][i]+···+midPic[m][j][i]+···+midPic[n][j][i]n;]]>Step 4對一幀圖像采用基于空間尺度的均值濾波Final[j][i]=19×{AvgPic[j-1][i-1]+AvgPic[j][j-1]+AvgPic[j+]]>1][i-1]+AvgPic[j-1][i]+AvgPic[j][i]+AvgPic[j+1][i]+AvgPic[j-1][i+]]>1]+AvgPic[j][i+1]+AvgPic[j+1][i+1]},]]>圖像中邊界上的點則用其附近有效的點做均值運算；Step 5輸出濾波后的圖像。
圖像的特征提取采用雙峰法自動獲取默認的特征分割閾值，采用二值化圖像的方法獲得不同特征的溫度區(qū)域，通過選擇相應(yīng)的閾值范圍進行二值化，提取不同溫度的區(qū)域?？紤]到項目已經(jīng)有了區(qū)域的分割結(jié)果，可以直接在該二值圖像上進行圖像的輪廓提取，同樣可以得到相應(yīng)的結(jié)果。而且該結(jié)果是二值圖像，二值圖像的輪廓提取算法相對簡單，就是掏空內(nèi)部點。其方法為如果原圖中有一點為黑，且它的8個相鄰點都是黑色時(此時該點是內(nèi)部點)，則將該點刪除。實際上相當于用一個9個點的結(jié)構(gòu)元素對圖像進行腐蝕，再用原圖像減去腐蝕圖像。
(2)本發(fā)明提出一種個基于統(tǒng)計概率的動態(tài)分段定標算法。其方法如下Step 1根據(jù)圖像中測溫點附近灰度出現(xiàn)的頻率，將灰度分成若干等級；Step 2根據(jù)灰度的等級，在圖像上提取各灰度范圍對應(yīng)的圖像區(qū)域；Step 3統(tǒng)計圖像中各個灰度范圍對應(yīng)區(qū)域包含的測溫點數(shù)，其規(guī)則如下R1在確定測溫點所在位置灰度時，將測溫點對應(yīng)位置周圍一定區(qū)域的所有象素點的平均值作為該點溫度對應(yīng)的灰度值；如在一個徑向有10點檢測點的高爐圖像中，可以把檢測點半徑為圖像徑向象素點的二十分之一象素長度的所有象素的平均值作為該點的灰度值；
R2在統(tǒng)計分析某點測溫點是否在某個灰度級別的區(qū)域內(nèi)時，可統(tǒng)計目標分割出來的二值圖像中該點區(qū)域內(nèi)的象素點值，超過一半的象素點是屬于該區(qū)域灰度的，就認為該點測溫點在這個灰度區(qū)域內(nèi)；Step 4選取最高溫度和最低溫度作為該灰度范圍的待定溫度邊界，選擇過程遵守如下規(guī)則R1如果某一灰度范圍的測溫點數(shù)據(jù)不夠，則向相鄰的灰度等級搜索，把得到的溫度數(shù)據(jù)作為本灰度級別的定標基礎(chǔ)溫度如果臨近的區(qū)域沒有數(shù)據(jù)(沒有一個溫度數(shù)據(jù))可借，則留到下一次迭代循環(huán)的時候再處理。只缺一個的時候，可以向下借，也可以向上借，這個可以根據(jù)經(jīng)驗或者統(tǒng)計數(shù)據(jù)決定，這里選擇使得本級別灰度具有最大溫度區(qū)域范圍的溫度；缺兩個的時候，則向兩邊個各借一個；遇到邊緣級別的溫度不夠時，則向內(nèi)借一個。如果都沒有時，也只能借一個，另一個則根據(jù)經(jīng)驗值再在借到的溫度值上疊加一個差值；記錄一個灰度值范圍縮小或者擴大請求的次數(shù)，向低灰度借，定標基準灰度記錄數(shù)次數(shù)減1，向高灰度借，定標基準灰度記錄次數(shù)加1，定標基準灰度記錄的絕對值作為最終的修改灰度范圍申請次數(shù)；R2如果某一個灰度范圍的測溫點數(shù)據(jù)大于2個，則取最大值和最小值作為定標的基礎(chǔ)溫度；Step 5為了避免相鄰灰度區(qū)域的定標溫度出現(xiàn)跳變或者交叉，對相鄰兩個灰度級別的最大測溫點數(shù)據(jù)(低級)和最小測溫點數(shù)據(jù)(高級)進行求平均值，把得到的平均值作為兩個灰度級別分界點灰度的最終定標溫度；Step 6在每個灰度級別內(nèi)部采用兩點定標的方式確定灰度-溫度的定標轉(zhuǎn)換關(guān)系；Step 7在一段時間后，統(tǒng)計各區(qū)域的請求情況，根據(jù)統(tǒng)計情況確定是否重新進行溫度定標，如果修改灰度范圍申請次數(shù)大于設(shè)定的閾值，則根據(jù)定標基準灰度記錄擴大或者縮小灰度區(qū)域范圍，轉(zhuǎn)到Step 2。
上述算法的特點是可以在灰度分級的域值上進行在線自適應(yīng)學(xué)習(xí)，每隔一段時間對各級別灰度域值進行在線學(xué)習(xí)，使之更合理。但由于高爐生產(chǎn)是一個復(fù)雜的工業(yè)過程，爐況的波動是不可避免的，輕率的對該域值進行修改，只會造成反復(fù)的振蕩，因此需要選擇合適的修正時間，一般設(shè)定為30分鐘以上，同時需要將質(zhì)量很差的圖像去除掉，例如全白或者全黑。
(3)溫度場的中心定標算法描述如下Step 1選擇將背景和亮斑區(qū)分開的灰度閾值。選擇判別分割的閾值是識別算法的關(guān)鍵，因為對亮斑沒有確定的定義，同時爐內(nèi)的工況和亮斑關(guān)系密切，但一般中心亮斑的顏色和背景顏色都是相差比較大的，而且區(qū)域是連貫的，可以通過一定的域值選取方法來獲得分割閾值；Step 2確定亮斑的區(qū)域信息。掃描高爐圖像，如果某象素點的灰度值大于等于設(shè)定的灰度閾值，則該象素點為亮斑區(qū)域內(nèi)的點，否則為背景點。設(shè)二維圖像X的象素(i，j)的灰度值記為f(i，j)，M為設(shè)定的灰度分割閾值，則亮斑區(qū)域A＝{f(i，j)＞M|(i，j)∈X} (1)背景區(qū)域A＝{f(i，j)≤M|(i，j)∈X} (2)Step 3計算亮斑區(qū)域的重心坐標(x，y)。計算公式如下x=1nΣi=1nxi---(3)y=1nΣj=1nyj---(4)]]>下面再給出料面分布模型的。
(1)高爐爐料的分布主要受布料方式的影響。高爐生產(chǎn)方式?jīng)Q定了布料主要方式，按照高爐不同的煤氣流發(fā)展趨勢，決策采用不同的布料操作，形成形狀截然不同的料面分布。目前多數(shù)研究者都采用簡化的直線段來描述料面分布，主要有3線段、4線段和6線段描述形式三種。根據(jù)開爐時實測的料面數(shù)據(jù)以及對爐型的分析，本發(fā)明設(shè)計采用直線、折線、直線加曲線3類曲線的平滑連接來描述料面分布，基本料面形狀可以近似如圖3所示，其中曲線ABCD表示料面剖面曲線，θ2表示的料面內(nèi)堆角，弧AB表示的中心炭堆，位置C表示堆尖，θ1表示料面外堆角。
(2)料面模型融合算法的目的是利用數(shù)學(xué)工具確定模型表征參數(shù)。圖4為料面分布模型的流程算法。首先，模型利用高爐布料機構(gòu)的參數(shù)，如布料導(dǎo)管的長度，溜槽的長度、角度、高度等參數(shù)，計算料降將形成形狀的基本信息，例如落點位置、堆尖位置等；然后利用紅外圖像信息，分析提取料面中心炭堆的形狀信息；根據(jù)經(jīng)驗現(xiàn)場的專家經(jīng)驗對這兩個信息進行融合，得到一個料面分布基本曲線；再根據(jù)布放礦料的重量、比重等信息計算所布料礦的體積，利用體積不變的原理對上一次的料面進行疊加；最后根據(jù)探尺數(shù)據(jù)計算的料降速度，再對料面的高度進行調(diào)整，從而得到一個實時的料面分布信息。
(3)料面模型的特征計算料面主要的參數(shù)是料面堆尖位置、內(nèi)外堆角、中心炭堆大小以及每次布放爐料的厚度等。爐料離開溜槽后受重力及煤氣阻力的作用，如果爐料中直徑小于5mm的粉末被篩除，則煤氣的阻力可以忽略，根據(jù)運動學(xué)原理和高爐本體參數(shù)可以計算出爐料離開溜槽后的運動速度。
開爐做靜態(tài)布料實驗時，可以測得爐料料面的內(nèi)外堆角的經(jīng)驗值。高爐爐料內(nèi)堆角受到煤氣流運動等因素的影響，與自然堆角θ0有所不同。若設(shè)K為修正系數(shù)，h為料線深度，R為爐喉半徑，則爐內(nèi)堆角可按式(5)近似計算tgθ=tgθ0-KhR---(5)]]>高爐休風時實際觀察，高爐內(nèi)堆尖兩側(cè)的堆角大小常常不同，一般略有差別，外堆角小于等于內(nèi)堆角，這里取外堆角θ1＝αθ2(6)其中，修正系數(shù)α為外堆角修正系數(shù)。
內(nèi)環(huán)半徑是根據(jù)圖像處理獲取的信息來確定的。從布料的方式分析，內(nèi)環(huán)爐料的主要成分是焦炭，焦炭具有良好的透氣性，易于燃燒，所以該區(qū)域應(yīng)該是爐內(nèi)反應(yīng)最為活躍的區(qū)域，也就是溫度最高的區(qū)域。所以可以根據(jù)紅外圖像的信息確定內(nèi)環(huán)的大小和形狀。也就可以計算內(nèi)環(huán)的半徑。計算方法如下Step 1根據(jù)一定的灰度域值，分割紅外圖像，得到燃燒中心區(qū)域和背景分離的二值圖像；Step 2實際的生產(chǎn)現(xiàn)場觀察表明，中心炭堆是圖像中最大的亮斑，所以為了濾除一些擾動的小區(qū)域，對二值圖像進行統(tǒng)計分析，取最大的區(qū)域作為內(nèi)環(huán)中心區(qū)域；Step 3掃描獲得的二值圖像，取得中心區(qū)域的在X和Y軸上的最大長度，取它們平均值的一半作為內(nèi)環(huán)半徑。
實際每個堆角上所布放的爐料體積計算公式V=W×σw---(7)]]>其中，V為爐料體積，W為每個布料傾角上的布料傾角重量，σ為體積壓縮率，w為堆比重。
理論布料體積公式V′=∫0R2π·x·F(x)dx---(8)]]>其中，F(xiàn)(x)＝f0(x)-f1(x)，當f0(x)-f1(x)＜0時，令F(x)＝0，f0(x)表示當前計算的料面半徑曲線，f1(x)表示上一時刻料面半徑曲線，x表示料面上某一點的位置，dx表示在料面x位置的一段微元，R表示高爐半徑。根據(jù)體積公式可得出布料前后新舊兩種料面間的爐料體積，同時保證f0(x)始終在f1(x)上面，計算的體積始終為兩個半徑曲線所圍成圓柱的正體積。
(4)基于專家規(guī)則的料面模型的修正與綜合料面分布模型一個關(guān)鍵的因素是融合了專家觀察和操作的經(jīng)驗知識。這是因為在操作過程中，部分料面分布狀況沒有直接的檢測信息可以參考，實際運行中操作人員總是依據(jù)布料制度、操作經(jīng)驗以及爐況狀態(tài)可以推定料面的狀態(tài)，專家規(guī)則的作用就是模擬操作人員推定料面分布的經(jīng)驗規(guī)則。本模型中專家規(guī)則的知識來自三個方面高爐操作規(guī)程、生產(chǎn)過程操作參數(shù)和專家經(jīng)驗。采用產(chǎn)生式規(guī)則的if-then知識表達方式。采用專家規(guī)則的形式修正料面模型參數(shù)估計中的公式系數(shù)，選擇合適的擬合曲線，調(diào)整模型的料降速度。
下面給出溫度場與料面分布在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件的具體實施方法。
高爐溫度場與料面分布在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件采用VC++6.0進行開發(fā)，以中型的SQL數(shù)據(jù)庫進行過程數(shù)據(jù)的存儲，并基于OPC通訊技術(shù)實現(xiàn)與過程控制系統(tǒng)的通信。監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能模塊及其特點包括以下5部分(1)溫度場模塊主要分為實時溫度場偽彩圖、實時溫度場等溫線、徑向溫度、實時溫度場區(qū)域溫度、歷史溫度場區(qū)域溫度和區(qū)域溫度數(shù)據(jù)報表?；谝子谟^察的目的，偽彩圖采用彩色圖像來顯示溫度信息；等溫線圖是通過提取出圖像中溫度相等的象素描繪成的一條連續(xù)曲線；實時溫度場區(qū)域溫度是將整個溫度場分成8個區(qū)域計算并顯示出來；實時溫度場徑向溫度是把爐內(nèi)溫度場平面某一方向上的溫度顯示出來；歷史溫度場區(qū)域溫度則提供區(qū)域溫度的歷史查詢，并將查詢結(jié)果以曲線形式畫出來；區(qū)域溫度數(shù)據(jù)報表是以報表形式描繪區(qū)域溫度數(shù)據(jù)。
(2)料面分布模塊料面分布信息中主要分為實時料面剖面圖、實時料面立體圖、實時料面區(qū)域高度數(shù)據(jù)和歷史料面高度數(shù)據(jù)。實時料面剖面圖就是把爐內(nèi)料面的一個剖面線實時的畫出來；實時料面立體圖是把爐內(nèi)的表面用三維的形式表現(xiàn)出來，并能對立體圖進行各種角度的旋轉(zhuǎn)；實時料面區(qū)域高度是將9個區(qū)域內(nèi)的料面高度計算并顯示出來；歷史料面區(qū)域高度則提供區(qū)域高度的歷史查詢，并將之以曲線形式表現(xiàn)出來。
(3)動畫顯示采用OpenGL技術(shù)實現(xiàn)了爐內(nèi)爐料的三維動畫顯示。它使用頂點矩陣數(shù)組描述曲面，采用三角形直接逼近曲面，并應(yīng)用OpenGL中投影和旋轉(zhuǎn)等方法，將高爐料面分布曲面直觀地表現(xiàn)出來。料面的表現(xiàn)形式形象、生動，大大降低了爐內(nèi)料面分布分析工作的難度。
(4)數(shù)據(jù)通信針對工業(yè)現(xiàn)場檢測點多和硬件驅(qū)動繁雜等特點，利用ATL技術(shù)，將OPC協(xié)議封裝在一個ActiveX控件中，實現(xiàn)了監(jiān)控軟件與高爐生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的無縫連接。保增監(jiān)控軟件的實時、精確通訊，并且具有良好的可移植性。
(5)參數(shù)設(shè)置和日志查詢主要進行各種參數(shù)的設(shè)置以及系統(tǒng)日志的查詢，包括軟件初始化時高爐參數(shù)、算法參數(shù)等的設(shè)置；軟件運行時算法參數(shù)、礦料屬性等參數(shù)的在線修改；記錄參數(shù)修改、系統(tǒng)的啟動和退出等軟件操作情況。
權(quán)利要求
1.一種溫度場與料面分布的檢測方法，其特征在于利用紅外攝像儀、圖像采集卡、工控機獲得數(shù)字化的高爐工況圖像信息，通過圖像處理應(yīng)用軟件對采集的黑白圖像進行識別與數(shù)字化處理，并綜合布料制度、布料器和爐體參數(shù)、探尺數(shù)據(jù)建立溫度場模型和料面分布模型，來描繪爐內(nèi)溫度場與料面分布，并完成溫度場分布與料面分布顯示、歷史溫度曲線和料面分布曲線的檢索，實現(xiàn)溫度場與料面分布的在線檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測方法，其特征在于所述的圖像處理中設(shè)計了基于時間尺度和空間尺度的中值濾波和均值濾波的處理方法，采用基于雙峰法的閾值選擇策略、輪廓跟蹤技術(shù)來描述高爐溫度場的等溫度線、偽彩圖和徑向溫度；設(shè)計了動態(tài)分段定標的算法和溫度場的中心定標方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線檢測方法，其特征在于所述的動態(tài)分段定標算法包括以下步驟(1)根據(jù)圖像中測溫點附近灰度出現(xiàn)的頻率，將灰度分成若干等級；(2)根據(jù)灰度的等級，在圖像上提取各灰度范圍對應(yīng)的圖像區(qū)域；(3)統(tǒng)計圖像中各個灰度范圍對應(yīng)區(qū)域包含的測溫點數(shù)；(4)選取最高溫度和最低溫度作為該灰度范圍的待定溫度邊界；(5)對相鄰兩個灰度級別的最大測溫點數(shù)據(jù)和最小測溫點數(shù)據(jù)進行求平均值，把得到的平均值作為兩個灰度級別分界點灰度的最終定標溫度；(6)在每個灰度級別內(nèi)部采用兩點定標的方式確定灰度一溫度的定標轉(zhuǎn)換關(guān)系；(7)一段時間后，統(tǒng)計各區(qū)域的請求情況，根據(jù)統(tǒng)計情況確定是否重新進行溫度定標，如果修改灰度范圍申請次數(shù)大于設(shè)定的閾值，則根據(jù)定標基準灰度記錄擴大或者縮小灰度區(qū)域范圍，轉(zhuǎn)到(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測方法，其特征在于所述的料面分布模型采用直線、折線、直線加曲線3類曲線的平滑連接來描述，具體過程包括(1)利用高爐布料機構(gòu)參數(shù)和布料制度計算落點位置、堆尖位置料面特征參數(shù)；(2)利用紅外圖像信息，分析提取料面中心炭堆的形狀信息；(3)根據(jù)專家經(jīng)驗對這兩類信息進行融合，得到一個料面分布基本曲線；(4)根據(jù)布放礦料的重量、比重信息計算所布料礦的體積，利用體積不變的原理對上一次的料面進行疊加；最后根據(jù)探尺數(shù)據(jù)計算的料降速度，對料面的高度進行調(diào)整，得到實時的料面分布信息；(5)利用高爐探尺計算料降速度，修正料面形狀。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測方法的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括溫度場模塊、料面分布模塊、動態(tài)顯示、數(shù)據(jù)通信、參數(shù)設(shè)置和日志查詢功能，溫度場模塊采用偽彩色、等溫線、徑向溫度、溫度場中心偏移實現(xiàn)溫度場的在線監(jiān)控；料面分布模塊采用剖面圖、立體圖料面分布的在線監(jiān)控；動態(tài)顯示采用OpenGL的實現(xiàn)動態(tài)的料面三維顯示；數(shù)據(jù)通信采用OPC通訊協(xié)議進行實時通訊，并利用ATL技術(shù)對通訊協(xié)議進行封裝；參數(shù)設(shè)置和日志查詢功能完成監(jiān)測系統(tǒng)的信息管理和數(shù)據(jù)查詢。
全文摘要
基于紅外圖像的溫度場與料面分布檢測方法及監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明針對高爐溫度場與料面分布難檢測的問題，以在線反映高爐煤氣流變化趨勢與料面分布變化為目標，利用紅外圖像處理和高爐狀態(tài)信息建立高爐溫度場模型與料面分布模型。在此基礎(chǔ)上建立溫度場與料面分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，用戶根據(jù)溫度場模型能判斷煤氣流分布及偏心程度，根據(jù)料面分布模型分析布料對煤氣流發(fā)展的影響，從而優(yōu)化布料制度。基于該方法的監(jiān)測系統(tǒng)具有投資少、操作直觀、可靠的特點，為高爐冶煉過程中判斷煤氣流與料面分布提供了客觀、量化的依據(jù)。
文檔編號C21B7/24GK1844409SQ20061003134
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者吳敏, 曹衛(wèi)華, 黃兆軍, 鄔捷鵬, 許永華, 向婕, 熊永華 申請人:中南大學(xué)