[发明专利]基于元胞自动机的结晶器铜板温度异常区域检测方法

权利要求书

1.一种基于元胞自动机的结晶器铜板温度异常区域检测方法，其特征在于，该方法将元胞自动机模型与结晶器温度异常检测相结合，利用建立的元胞自动机模型，分割温度热点和冷点区域，准确标记异常区域及其边界，具体步骤如下：

第一步、结晶器铜板温度可视化

(1)在线检测结晶器铜板热电偶温度，消除复杂电磁环境对温度的干扰，对故障热电偶数据进行预处理；

(2)基于结晶器热电偶温度，通过插值计算出非热电偶测点处温度，将插值计算后结晶器铜板温度数据存储在二维数组T[x,y]中；

(3)提取当前时刻及之前k秒的宽面、窄面温度二维数组，逐点计算同一位置在k秒内的温度变化速率，并将结果存储在温度变化速率二维数组G[x,y]中；

(4)根据温度变化速率与颜色对应关系，绘制结晶器铜板温度变化速率热像图，可视化呈现铜板温度变化速率的二维分布；

第二步、元胞自动机模型初始化

(1)将结晶器铜板热像图中一个像素点定义为一个元胞Cell，元胞在结晶器铜板上以二维点阵方式排列，并占据一定空间尺寸，与温度变化速率二维数组G[x,y]中每个元素的位置一一对应，单个元胞在x和y方向上对应尺寸Cell.W和Cell.H，计算方法如式(1)和式(2)所示；

其中，Width是铸坯横向宽度，m；N_w是x方向上元胞总数；Height是结晶器铜板热电偶测点纵向总间距，m；N_h是y方向上元胞总数；图像左上角元胞的索引为(0,0)，在x方向上向右递增，在y方向上向下递增；

(2)元胞的邻胞类型设置为Moore型；

(3)确定元胞Cell温度状态

a.若元胞位置对应的温度变化速率G[x,y]大于等于T_r，如式(3)所示，T_r为热点区域温度判断限值，元胞温度变化速率超过该限值时，将该元胞温度状态设定为Rising；

G[x,y]≥T_r (3)

b.若元胞位置对应的温度变化速率G[x,y]小于等于T_f，如式(4)所示，T_f为冷点区域温度判断限值，元胞温度变化速率低于该限值时，将该元胞温度状态设定为Falling；

G[x,y]≤T_f (4)

c.若元胞温度变化速率G[x,y]即不满足式(3)，也不满足式(4)，则将该元胞状态设定为Normal；

第三步、连通区域元胞标记与合并

(1)将异常区域标号m初始设置为0；依据从上至下、从左至右的顺序，遍历搜索图像中元胞状态，判断当前(x,y)元胞状态，若其温度状态为Normal，则说明当前元胞是正常元胞，将(x,y)元胞标记号记为0，继续扫描下一个(x+1,y)元胞；

若当前(x,y)元胞温度状态处于异常Rising或Falling状态，则认为该(x,y)元胞可能是异常区域的一部分，进行如下(2)-(6)条件判断；

(2)若右上(x+1,y-1)元胞温度状态与当前(x,y)元胞状态相同，则将当前(x,y)元胞状态进行标记，标记号同右上(x+1,y-1)元胞标记号，同时，对左前(x-1,y)元胞状态进行判断；

若左前(x-1,y)元胞状态与当前(x,y)元胞异常温度状态相同，且标号与当前(x,y)元胞不同，则重新遍历搜索图像中的元胞状态，将所有右上(x+1,y-1)元胞标记号替换为左前(x-1,y)元胞标记号；

若左前(x-1,y)元胞状态为Normal，则对左上(x-1,y-1)元胞进行状态判断，若左上(x-1,y-1)元胞状态与当前(x,y)元胞温度异常状态相同，且标号与当前(x,y)元胞不同，则重新遍历搜索图像中的元胞状态，将所有右上(x+1,y-1)元胞标记号替换为左上(x-1,y-1)元胞标记号；

若右上(x+1,y-1)元胞状态为Normal，则进行条件(3)判断；

(3)若正上(x,y-1)元胞状态与当前(x,y)元胞温度异常状态相同，则将当前(x,y)元胞状态进行标记，标记号同正上(x,y-1)元胞标记号；若正上(x,y-1)元胞状态为Normal，则进行条件(4)判断；

(4)若左上(x-1,y-1)元胞状态与当前(x,y)元胞温度异常状态相同，则将当前(x,y)元胞状态进行标记，标记号同左上(x-1,y-1)元胞标记号；若左上(x-1,y-1)元胞状态为Normal，则进行条件(5)判断；

(5)若左前(x-1,y)元胞状态与当前(x,y)元胞温度异常状态相同，则将当前(x,y)元胞状态进行标记，标记号同左前(x-1,y)元胞标记号；若左前(x-1,y-1)元胞状态为Normal，则进行条件(6)；

(6)若当前(x,y)元胞右上、正上、左上、左前元胞状态均为Normal，则将当前(x,y)元胞标记号记为m，最大标号m累加1，继续判断下一个(x,y+1)元胞状态；

(7)依次搜索，循环(1)-(6)条件判断元胞状态，直至结晶器铜板全部元胞状态判定完毕；

第四步、异常元胞区域边界检测

(1)统计各个已标记的连通区域元胞总数，若某一连通区域的元胞数超过设定限值N个，即标记为温度异常区域，同时将元胞数小于N个的连通区域中所有元胞的标记号记为0；

(2)从上至下逐行扫描，并按照从左至右的次序，对温度异常区域的元胞进行搜索，获取当前(x,y)元胞标记号；

(3)若当前(x,y)元胞标记号为0，则继续扫描下一个(x+1,y)元胞；若当前(x,y)元标记号为m，说明当前元胞是温度异常元胞，进行(4)条件判断；

(4)对当前(x,y)元胞的左前(x-1,y)元胞进行判断，若左前(x-1,y)元胞标记号为0，则将当前元胞设为边界起始元胞；若左前(x-1,y)元胞标记号同样为标号m，且右后(x+1,y)元胞标记号为也为标号m，则当前元胞为区域中间元胞；若左前(x-1,y)元胞标记号为为标号m，且右后(x+1,y)元胞标记号为0，则将当前元胞设为边界终止元胞，最终确定全部同一行异常区域边界的起始元胞与终止元胞；

(5)提取每一行具有相同标号m的起始元胞和终止元胞，将其存储在二维数组中，获得完整的异常区域边界。

2.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的结晶器铜板温度异常区域检测方法，其特征在于，所述方法适用于常规板坯、宽厚板坯的结晶器铜板温度异常区域检测。