[发明专利]一种基于机器视觉的结晶器漏钢可视化预报方法

摘要

一种基于机器视觉的连铸结晶器漏钢可视化预报方法，属于钢铁冶金连铸检测技术领域。具体为在线检测结晶器铜板热电偶温度信号，采用热成像技术可视化呈现结晶器铜板温度及其变化速率，并基于机器视觉原理搜索温度异常区域，提取异常区域的几何、位置、温度变化、传播等重要信息，在此基础上识别漏钢征兆，判断并预报结晶器漏钢。其实现步骤为：结晶器铜板温度及其变化速率可视化；温度异常区域阈值分割和标记；温度异常区域特征信息提取；漏钢温度模式识别与判断。其优点：将可视化与机器视觉技术有机结合，直观呈现结晶器温度分布、异常变化与发展趋势，通过提取异常区域的几何、位置、温度变化及传播等特征，直观呈现和准确识别结晶器漏钢，有效提高预报准确率。

主权项

1.一种基于机器视觉的连铸结晶器漏钢可视化预报方法，其特征在于，将结晶器可视化与机器视觉技术有机结合，可视化呈现和在线识别结晶器漏钢发展过程，准确预报结晶器漏钢；其检测步骤如下：第一步、结晶器铜板温度及其变化速率可视化（1）在线检测埋设在四张结晶器铜板上所有热电偶的温度值；（2）将热电偶温度数据进行预处理，消除现场复杂电磁环境对测量温度的干扰；（3）对铜板温度值进行横向插值和纵向插值运算，计算出非热电偶测点位置的铜板温度，获得结晶器铜板温度二维分布；（4）将插值后宽面、窄面温度存储在二维数组T[x，y]中，依据预先设定的温度-颜色对应关系，绘制结晶器铜板热像图，可视化呈现浇铸过程中四张结晶器铜板温度的二维分布；（5）提取当前时刻及之前k秒的宽面、窄面温度二维数组，采用帧间差分法，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；（6）依据设定的温度变化速率-颜色对应关系，绘制结晶器铜板温度速率热像图，精确、实时反映铜板温度变化情况；第二步、温度异常区域阈值分割和标记（1）在结晶器铜板温度速率热像图中搜索温度变化可疑区域；（2）采用阈值分割算法，将G[x，y]中超过设定阈值的温度异常点进行分离；（3）采用八连通判别算法将温度异常点进行连通性判断，将属于同一个连通区域的点设置为同一个标号；（4）采用边界跟踪法对温度异常区域进行边界提取，并对各区域以自然数顺序进行重新标记；第三步、温度异常区域特征信息提取（1）几何特征面积S：用来描述某一个温度异常区域R_d的面积大小，即温度异常区域在结晶器温度速率热像图中所占的像素点总数S=Σy=YtopYdownΣx=XleftXrightf(x,y),]]>其中，f(x,y)=1,(x,y)∈Rdf(x,y)=0,(x,y)∉Rd]]>边界周长C：某一个温度异常区域的边界R_b所占的像素点总数C=Σy=YtopYdownΣx=XleftXrightf(x,y),]]>其中，f(x,y)=1,(x,y)∈Rbf(x,y)=0,(x,y)∉Rb]]>温度异常区域宽度W：某一个温度异常区域横向扩展幅度所占像素点数W＝X_right-X_left温度异常区域高度H：某一个温度异常区域纵向扩展幅度所占像素点数H=Y_top-Y_down（2）位置特征温度异常区域重心坐标(x_c,y_c)：重心坐标用来表示某一个温度异常区域中心点的位置xc=1SΣy=YtopYdownΣx=XleftXrightxf(x,y)]]>yc=1SΣx=XleftXrightΣy=YtopYdownyf(x,y)]]>其中，f(x,y)=1,(x,y)∈Rdf(x,y)=0,(x,y)∉Rd]]>（3）温度变化特征温度变化速率均值f_mean：某一个温度异常区域中各点温度变化速率的均值fmean=1SΣy=YtopYdownΣx=XleftXrightf(x,y)]]>温度变化速率最大值f_max：某一个温度异常区域中温度变化速率最大值f_max=max(f(x，y))(4)传播特征纵向传播速率：发生粘结漏钢时，粘结点沿浇铸方向的移动速率，即t₁时刻温度异常区域的中心坐标和t₂时刻温度异常区域的重心坐标的差与时间间隔t₁-t₂的比值v=yt1-yt2t1-t2]]>撕裂线与水平方向所成角度：当前时刻温度异常区域c₁和c₂重心点连线与水平方向所成的角度θ=arctanyc1-yc2xc1-xc2]]>x，y分别表示结晶器温度热像图和结晶器温度速率热像图中横向、纵向坐标。坐标原点为结晶器铜板左上角，横轴x向右为正，从左至右增加；纵轴y向下为正，从上到下增加。T[x，y]是存储结晶器铜板热像图温度数据的二维数组，温度速率热像图所在的平面定义区域为R，温度变化速率用f(x，y)来表示，并将实测热电偶温度变化速率存储在二维数组G[x，y]中。R_d是某一个温度异常区域内所有点组成的集合，R_b是某一个温度异常区域的边界点所组成的集合。Y_top、Y_down是某一个温度异常区域纵向坐标最大值、最小值，X_left，X_right是某一个温度异常区域横向坐标最大值、最小值。第四步、漏钢温度模式识别与判断(1)温度异常区域的温度变化速率均值大于0.4℃/s；(2)温度异常区域面积超过设定的阈值1250；(3)温度异常区域重心坐标出现下移，纵向传播速率大于1/2倍浇铸速度，小于4/5倍浇铸速度，并且撕裂线与水平方向夹角22°＜θ＜48°；(4)温度异常区域的上方出现温度下降，且降温幅值大于2.0℃；(5)连续6秒以上，温度异常区域同时满足(1)、(2)两个条件；(6)满足上述(1)、(2)条件的同时，若出现(3)、(4)、(5)三个中任何一个特征，则判定为漏钢，发出漏钢预报警告，铸机降速。