本實(shí)用新型涉及一種基于視頻圖像處理的EB爐鈦液液位監(jiān)控系統(tǒng)，屬于冶金自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

EB爐是鈦和鈦合金鑄錠最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，目前能夠生產(chǎn)EB爐的設(shè)備僅限美國(guó)、德國(guó)、烏克蘭。熔池鈦液液位監(jiān)控是一項(xiàng)重要的技術(shù)，在結(jié)晶器海綿鈦被電子槍掃描融化后，液體鈦流入下端的熔池內(nèi)，為了防止鈦液外溢出熔池，需要保證鈦液液位保持一定的水平范圍。

由于熔池內(nèi)為高溫環(huán)境，且鈦液邊界為一個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)方形，溫度檢測(cè)可用于高溫液態(tài)體的測(cè)量。一般的接觸式測(cè)溫只針對(duì)點(diǎn)式測(cè)量，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的準(zhǔn)確檢測(cè)。紅外、亮度等非接觸式測(cè)溫在鈦液檢測(cè)中存在較大干擾，鈦液周?chē)h(huán)境的熱輻射使得鈦液界面不明顯。除此之外，檢測(cè)儀器要長(zhǎng)期工作在高溫、腐蝕性環(huán)境中，使用和維護(hù)成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決EB爐熔池液位升高溢出的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種基于視頻圖像處理的EB爐鈦液液位監(jiān)控系統(tǒng)，利用圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)EB爐鈦液液位的實(shí)時(shí)、連續(xù)、準(zhǔn)確控制，使得液位保持在指定的范圍之內(nèi)。

本實(shí)用新型通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于視頻圖像處理的EB爐鈦液液位監(jiān)控系統(tǒng)，包括視頻信號(hào)采集單元、視頻信號(hào)處理與計(jì)算模塊以及PLC控制器：

視頻信號(hào)采集單元用于實(shí)時(shí)拍攝爐內(nèi)鈦液液位，并將拍攝的視頻信號(hào)存儲(chǔ)并傳輸至視頻信號(hào)處理與計(jì)算模塊；

視頻信號(hào)處理與計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)鈦液上限的基準(zhǔn)線、觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)、觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值以及亮度閾值，該模塊用于將視頻信號(hào)分割為單獨(dú)的彩色圖像幀，再將彩色圖像處理得到亮度圖像，然后將亮度圖像中待測(cè)點(diǎn)的亮度與預(yù)設(shè)的亮度閾值做對(duì)比，當(dāng)待測(cè)點(diǎn)的亮度大于亮度閾值時(shí)，將該點(diǎn)記錄為疑似點(diǎn)，當(dāng)疑似點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值時(shí)，發(fā)送信號(hào)至PLC控制器；

PLC控制器用于發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器。

所述視頻信號(hào)采集單元包括攝像頭、存儲(chǔ)器及信號(hào)傳輸器。

所述PLC控制器還與電機(jī)變頻器連接，通過(guò)電機(jī)變頻器實(shí)現(xiàn)降低鈦液的操作。

上述系統(tǒng)操作時(shí)，經(jīng)過(guò)下列各步驟：

（1）通過(guò)攝像頭從不同位置和角度獲取鈦液液位的圖像信息，圖像信息包括色度、亮度、飽和度以及焦距、幀速率等，最終得到視頻信號(hào)；

（2）將步驟（1）的視頻信號(hào)分割為單獨(dú)的彩色圖像幀，由于鈦液與周?chē)矬w的亮度差異較為明顯，因此根據(jù)對(duì)彩色圖像處理得到亮度圖像；其中，式中R表示圖像的紅色分量、G表示圖像的綠色分量、B表示圖像的藍(lán)色分量；

（3）預(yù)設(shè)若干離散像素點(diǎn)位置作為觸控點(diǎn)勾勒出鈦液上限的基準(zhǔn)線，設(shè)N表示預(yù)設(shè)的觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)，T表示觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值；T值的確定是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)EB爐需求，T值的取值范圍為0～N；由于鈦液輻射以及熔池壁反光等影響，會(huì)使鈦液與周?chē)矬w亮度分界值不固定，為了區(qū)分鈦液與非鈦液區(qū)域，因此需要判斷亮度值，預(yù)設(shè)觸控點(diǎn)的亮度閾值為，值取值范圍為0～255；

（4）將步驟（2）所得亮度圖像中待測(cè)點(diǎn)的亮度與步驟（3）的亮度閾值做對(duì)比，當(dāng)待測(cè)點(diǎn)的亮度大于時(shí)，將該點(diǎn)記錄為疑似點(diǎn)；設(shè)為第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)，其亮度為，C為疑似點(diǎn)的個(gè)數(shù)，則：

即當(dāng)疑似點(diǎn)個(gè)數(shù)大于觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值T時(shí)，發(fā)送信號(hào)至PLC控制器，由PLC控制器再發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器，完成降低鈦液液位，否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)。

本實(shí)用新型具備的優(yōu)點(diǎn)及效果：針對(duì)EB爐熔池液位升高溢出問(wèn)題，本實(shí)用新型借用人眼對(duì)液位的識(shí)別能力，能夠分辨出槽體邊緣和鈦液邊緣，通過(guò)隔離保護(hù)的爐內(nèi)內(nèi)窺鏡獲取鈦液視頻圖像，通過(guò)可自定義的邊界點(diǎn)結(jié)合圖像計(jì)算，對(duì)液位進(jìn)行快速、有效、連續(xù)監(jiān)控，故設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)。首先獲取鈦液圖像信號(hào)，將視頻分割為單獨(dú)的圖像幀，將彩色圖像轉(zhuǎn)換為亮度圖像，再設(shè)置一定數(shù)量的觸控點(diǎn)以及亮度閾值，以調(diào)節(jié)視頻監(jiān)控的靈敏度，提高對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力；然后通過(guò)判斷超過(guò)亮度閾值和疑似點(diǎn)個(gè)數(shù)超范圍，進(jìn)而發(fā)送拉錠信號(hào)至PLC控制器，PLC控制器再驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器，達(dá)到降低鈦液的目的。本實(shí)用新型利用視頻圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)EB爐熔池的鈦液液位進(jìn)行自動(dòng)、實(shí)時(shí)、精確監(jiān)控，使得液位保持在指定的范圍之內(nèi)，能夠在液位高出限定界限后向PLC發(fā)出拉錠信號(hào)，實(shí)現(xiàn)降低液位的目的，進(jìn)而有效避免因鈦液溢出而引發(fā)的產(chǎn)品和安全問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型基于視頻圖像處理的EB爐鈦液液位監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的實(shí)例在附圖中示出。具體實(shí)施方式僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

如圖1，基于視頻圖像處理的EB爐鈦液液位監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻信號(hào)采集單元1、視頻信號(hào)處理與計(jì)算模塊2以及PLC控制器3；所述視頻信號(hào)采集單元1包括攝像頭、存儲(chǔ)器及信號(hào)傳輸器；PLC控制器3還與電機(jī)變頻器4連接，通過(guò)電機(jī)變頻器4實(shí)現(xiàn)降低鈦液的操作：

視頻信號(hào)采集單元1用于實(shí)時(shí)拍攝爐內(nèi)鈦液液位，并將拍攝的視頻信號(hào)存儲(chǔ)并傳輸至視頻信號(hào)處理與計(jì)算模塊2；

視頻信號(hào)處理與計(jì)算模塊2中預(yù)設(shè)鈦液上限的基準(zhǔn)線、觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)、觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值以及亮度閾值，該模塊用于將視頻信號(hào)分割為單獨(dú)的彩色圖像幀，再將彩色圖像處理得到亮度圖像，然后將亮度圖像中待測(cè)點(diǎn)的亮度與預(yù)設(shè)的亮度閾值做對(duì)比，當(dāng)待測(cè)點(diǎn)的亮度大于亮度閾值時(shí)，將該點(diǎn)記錄為疑似點(diǎn)，當(dāng)疑似點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值時(shí)，發(fā)送信號(hào)至PLC控制器3；

PLC控制器3用于發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器4。

操作時(shí)是經(jīng)過(guò)下列各步驟：

（1）通過(guò)攝像頭（?？低旸S-FB4012型）從不同位置和角度獲取鈦液液位的圖像信息，圖像信息包括色度、亮度、飽和度以及焦距、幀速率等，最終得到視頻信號(hào)；

（2）將步驟（1）的視頻信號(hào)分割為單獨(dú)的彩色圖像幀，由于鈦液與周?chē)矬w的亮度差異較為明顯，因此根據(jù)對(duì)彩色圖像處理得到亮度圖像；其中，式中R表示圖像的紅色分量、G表示圖像的綠色分量、B表示圖像的藍(lán)色分量；

（3）預(yù)設(shè)11個(gè)離散像素點(diǎn)位置作為觸控點(diǎn)勾勒出鈦液上限的基準(zhǔn)線，設(shè)N表示預(yù)設(shè)的觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)為11，T表示觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值為7；預(yù)設(shè)觸控點(diǎn)的亮度閾值為，值取80；

（4）將步驟（2）所得亮度圖像中待測(cè)點(diǎn)的亮度與步驟（3）的亮度閾值做對(duì)比，待測(cè)點(diǎn)的亮度為92大于，將該點(diǎn)記錄為疑似點(diǎn)；以此類(lèi)推，在亮度圖像中取多個(gè)待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行判斷，疑似點(diǎn)個(gè)數(shù)為8個(gè)；則：

即當(dāng)疑似點(diǎn)個(gè)數(shù)大于觸控點(diǎn)個(gè)數(shù)的閾值T時(shí)，發(fā)送信號(hào)至PLC控制器，由PLC控制器再發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器，完成降低鈦液液位。

降低鈦液液位后，重復(fù)上述步驟進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。