[发明专利]一种基于改进完全局部二值模式火焰终点碳含量预测方法

权利要求书

1.一种基于改进完全局部二值模式火焰终点碳含量预测方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1、采集钢厂实际生产过程中拍摄的炉口火焰视频数据；

步骤2、制作实验数据时，从所有炉次下提取样本集中每个训练样本的火焰炉口区域并统一尺寸，得到火焰图像数据集；

步骤3、使用改进完全局部二值模式方法提取火焰图像的颜色纹理特征；

步骤4、将步骤3中提取的颜色纹理特征输入到K近邻回归模型中进行碳含量的预测；

所述步骤3中火焰图像的颜色纹理特征包括符号特征、幅值特征、中心像素灰度值特征和相位特征，提取过程具体为：

步骤3.1、将火焰图像进行空间转换并进一步分成三个单通道图像，每一个单通道图像经局部差分操作即得到每一个火焰单通道图像局部区域分割块；然后，将每一个火焰单通道图像局部区域分割块进一步扩展两种窗口尺度大小；

步骤3.2、每一个火焰单通道图像局部区域分割块下的两种窗口尺度都各得到一个幅值分量、一个符号分量、一个中心像素点灰度值和相位分量；

步骤3.3、将每一个火焰单通道图像局部区域分割块下两种不同窗口尺度得到的两个幅值分量各自经二进制编码后和权值相乘，同时相位分量也经二进制编码得到一个具体的相位值，最后，将每一个单通道火焰图像最终的幅值特征向量和相位特征向量，由KCCA衡量两者向量之间的相关性并降维组合幅值相位融合特征CLBP_MP；

步骤3.4、对每一个单通道火焰图像，采用串行和并行的联合结构将符号特征CLBP_S、幅值相位融合特征CLBP_MP和中心像素灰度值CLBP_C三个操作符结合使用：首先，将幅值相位融合特征CLBP_MP和中心像素灰度值CLBP_C按照顺序串联组成CLBP_MP/C；然后，将CLBP_MP/C与符号特征CLBP_S并联组成每一个单通道火焰图像2维的CLBP_S_MP/C的直方图；

步骤3.5、将火焰图像三个单通道的直方图相拼接组合在一起，使用局部线性嵌入进行非线性降维并将其输入到K近邻回归模型中进行碳含量的预测。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进完全局部二值模式火焰终点碳含量预测方法，其特征在于，所述步骤3.3中，单个单通道火焰图像幅值相位融合特征CLBP_MP的提取步骤为：

步骤3.3.1、将一个火焰单通道图像局部区域分割块下两种不同窗口尺度得到的两个幅值分量各自经二进制编码后和权值相乘，为局部区域分割块幅值分量经二进制编码后和权值相乘的值，W_color为增强局部对比度颜色信息的权值，为完全局部二值模式的幅值分量经二进制编码后的幅值；m_p为图像局部区域幅值块的邻域采样点，c为图像局部区域幅值块的中心阈值，2^p为二进制编码，p为采样点的个数；同时，相位分量也经二进制编码得到一个具体的相位值；

步骤3.3.2、结合颜色信息的加权策略，计算图像中像素点的权值，计算公式如下：

式(3)中，式中Δc_pq,3x3为3×3尺度下的颜色距离，Δc_pq,5x5为5×5尺度下的颜色距离，其中(H_P,S_P,V_P)和(H_q,S_q,V_q)为HSV颜色空间中各通道对应位置上的图像分割块的像素p和像素q，其中p为邻域采样点，q为中心阈值，var_3×3(p,q)和var_5×5(p,q)分别为3×3和5×5两种尺度下的局部方差，Δc_pq,3x3×Δc_pq,5x5为火焰图像HSV颜色空间下三个单通道各自局部区域分割块对应位置上的3×3和5×5尺度下的颜色距离的值，为火焰图像单通道下局部分割块的3×3和5×5两种尺度下的局部方差的值；

步骤3.3.3、最后，将该单通道最终的幅值特征向量和相位特征向量，由核典型相关分析KCCA衡量两者向量之间的相关性并降维组合成幅值相位融合特征CLBP_MP，计算公式如下：

式中，为该单通道下所有局部分割块总的幅值特征向量；为该单通道下所有局部分割块总的相位特征向量，其中2^j-1为二进制编码；KCCA为核典型相关分析。