CN102393395A - 一种关于铜加工过程铜品位的检测方法及其检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种关于铜加工过程铜品位的检测方法，包括：(1)实时采集待测铜液样本的可见光图像和非可见光红外图像；(2)提取出待测铜液样本的红外线强度；(3)提取出待测铜液样本的颜色向量角；(4)估算待测铜液样本的铜品位。本发明通过引入高温铜液的红外信息对熔融铜样的温度变化做出修正，并与铜液的颜色特征信息融合后实现对铜品位的实时精确检测，具有不接触、无损伤、连续、实时、精度高的优点；本发明还公开了一种关于铜加工过程铜品位的检测***，包括：图像采集单元、红外检测单元和图像处理单元，实时提取待测铜液样本的颜色信息和红外信息，在线评估出铜液的铜品位质量指标，在保证测量精度的前提下缩减了相应的检测成本。

Description

一种关于铜加工过程铜品位的检测方法及其检测***

技术领域

本发明属于冶金工艺测试技术领域，具体涉及一种关于铜加工过程铜品位的检测方法及其检测装置。

背景技术

铜加工过程需要能够快速准确地测量铜液关于样本铜品位的质量指标，铜品位在线检测对于及时、高效地判断氧化还原过程完成与否非常重要。

在铜加工过程中，铜品位是实现自动控制的关键质量参数。然而，由于高温和腐蚀性等因素，该参数在线检测成为成套控制***应用中的一个技术难题。现有工艺下，铜品位检测一般采用离线抽检送到实验室化验的检测方式，且多为化学分析方式，虽然检测精度较高，但检测时间较长，不能满足在线实时控制的需要。

目前在很多铜加工企业中，废杂铜冶炼氧化还原反应过程的操作工人常常目测铜液的颜色等外观特征来估计铜品位大致是否达标，进而估计氧化还原反应进行的程度如何，虽然一定程度上满足了检测的实时性，但其估计判断的准确与否取决于工人的操作经验和疲劳状态；故一般检测精度不高，检测结果的可靠性低。

因此，国内的铜加工企业目前都无法实现铜品位参数的在线实时精确测量，精确的铜品位参数多是通过实验室的离线化验分析获得，但时间滞后达几个小时；而现场依赖操作工人的经验估计出的铜品位，数据大多精度不高，可靠性低。

Zhang Hongwei、Song Zhihuan在标题为A Copper Compositions Soft SensorUsing Color Vision and LSSVR(Journal of Shanghai Jiaotong University，Vol.45 No.8Aug.2011)的文章中公开了一种基于颜色特征的在线铜品位的估计方法，该方法通过现场取样并固化再生铜样品的彩色图像，然后使用RGB颜色空间、色调和颜色向量角分别量化再生铜颜色特征，最后利用最小二乘支持向量回归对铜成分参数建立回归模型，进而实现铜成分参数估计。

然而对于同一份待测铜样，即使纯度恒定，在从1000℃左右降到常温的过程中，颜色会从熔融的亮红色变成固态的颜色，颜色在铜样的降温过程中会发生很大的变化，这种情况就使得单纯依赖颜色判定高温铜样的铜品位会有极大的误差；故该估计方法测量数据结果的精度和可靠性并不值得信赖。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种关于铜加工过程铜品位的检测方法及其检测装置，实现了铜品位参数的实时精确测量。

一种关于铜加工过程铜品位的检测方法，包括如下步骤：

(1)实时采集待测铜液样本的可见光图像和非可见光红外图像；

(2)对所述的非可见光红外图像进行特征提取，得到待测铜液样本的红外线强度；

(3)在所述的可见光图像中选取ROI(Region of Interesting，感兴趣区域)，对ROI进行特征提取，得到ROI的像素平均RGB(红绿蓝)值，并通过以下方程表达式计算出待测铜液样本的颜色向量角；

C_R＝0.877[0.701Red-0.587(256-Green)-0.114Blue]

C_B＝-0.493[-0.299Red-0.587(256-Green)-0.886Blue]     (1)

θ＝arctan(C_R/C_B)

式1中：Red为ROI的红色通道像素平均值，Green为ROI的绿色通道像素平均值，Blue为ROI的蓝色通道像素平均值，θ为待测铜液样本的颜色向量角；

(4)获取样本数据库，根据所述的颜色向量角和红外线强度，通过以下方程表达式计算出待测铜液样本的铜品位；

$y=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i}K(u_i,u)+b---\left(2\right)$

式2中：K(u_i，u)为非线性核函数，y为待测铜液样本的铜品位，n为样本数据库内参考铜液样本的个数，i为样本数据库内参考铜液样本的序号，u_i为由样本数据库内的第i参考铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量，α_i为第i参考铜液样本的系数，b为偏置值且为实际经验值，u为由待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量。

所述的红外线强度为非可见光红外图像的像素平均红外值。

一种关于铜加工过程铜品位的检测***，包括：

图像采集单元，用于实时采集待测铜液样本的可见光图像；

红外检测单元，用于实时采集待测铜液样本的非可见光红外图像；

图像处理单元，用于对所述的可见光图像和非可见光红外图像进行特征提取，并计算出待测铜液样本的铜品位。

所述的图像处理单元，包括：

颜色提取软件，用于在所述的可见光图像中读取ROI，并提取出ROI的像素平均RGB值，进而计算出待测铜液样本的颜色向量角；

红外提取软件，用于对所述的非可见光红外图像进行特征提取，得到待测铜液样本的红外线强度；

样本数据库，用于存储参考铜液样本的特征信息；

铜品位测量软件，用于根据所有参考铜液样本的特征信息以及待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度，通过模式识别计算出待测铜液样本的铜品位；

人机界面软件，用于显示所述的可见光图像和非可见光红外图像以及关于红外线强度、颜色向量角和铜品位的信息，并接收用户的操作指令对所述的颜色提取软件、红外提取软件、铜品位测量软件和样本数据库进行参数设定。

所述的参考铜液样本的特征信息为由参考铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量。

所述的图像采集单元为工业摄像机；所述的红外检测单元为红外热成像仪；所述的图像处理单元为工业控制计算机。

所述的工业摄像机和红外热成像仪均采用千兆以太网接口与工业控制计算机实现连接。

本发明通过引入高温铜液丰富的红外特征信息对熔融铜样的温度变化做出准确地修正，并与铜液的颜色特征信息融合后实现对高温铜液铜品位的实时精确检测，具有不接触、无损伤、连续、实时、精度高的优点；通过装在标准光源灯箱内的工业摄像机、红外热成像仪以及装有相关软件和数据库的工业控制计算机可以实时在线评估出铜品位质量指标，在保证测量精度的前提下大大缩减了相应的检测成本。

附图说明

图1为本发明检测方法的步骤流程示意图。

图2为本发明检测***的结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种关于铜加工过程铜品位的检测方法，包括如下步骤：

(1)实时采集待测铜液样本的可见光图像和非可见光红外图像。

获取待测铜液样本可见光部分的颜色信息以及非可见光部分的外红信息。

(2)提取出待测铜液样本的红外线强度。

对采集到的非可见光红外图像进行特征提取，提取出非可见光红外图像内每个像素的红外值，然后求平均，计算出非可见光红外图像的像素平均红外值，并作为待测铜液样本的红外线强度。

(3)提取出待测铜液样本的颜色向量角。

在采集到的可见光图像(大小为640×480)中选取ROI(大小为200×150)，对ROI进行特征提取，提取出ROI内每个像素的RGB值，然后求平均，计算出ROI的像素平均RGB值，并通过以下方程表达式计算出待测铜液样本的颜色向量角；

C_R＝0.877[0.701Red-0.587(256-Green)-0.114Blue]

C_B＝-0.493[-0.299Red-0.587(256-Green)-0.886Blue]      (1)

θ＝arctan(C_R/C_B)

式1中：Red为ROI的红色通道像素平均值，Green为ROI的绿色通道像素平均值，Blue为ROI的蓝色通道像素平均值，θ为待测铜液样本的颜色向量角。

(4)估算待测铜液样本的铜品位。

获取样本数据库，如表1所示，该数据库内存有13个参考铜液样本的特征信息。

表1：参考铜液样本的特征信息

根据待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度，通过以下方程表达式计算出待测铜液样本的铜品位，检测结果如表2所示；

$y=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i}K(u_i,u)+b---\left(2\right)$

式2中：K(u_i，u)为非线性核函数，y为待测铜液样本的铜品位，n为13，i为样本数据库内参考铜液样本的序号，u_i为由样本数据库内的第i参考铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量，α_i为第i参考铜液样本的系数，b为0.5211，u为由待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量。

表2：待测铜液样本的检测数据

从表2可见，本实施方式的在线检测方法得出的铜品位估计值与实验室离线化验得到的测量值相差无几，故验证了本实施方式的测量结果具有较高的精度和可靠性，值得信赖。

如图2所示，一种关于铜加工过程铜品位的检测***，包括：一台工业摄像机、一台红外热成像仪和一台工业控制计算机。

工业摄像机实时采集待测铜液样本的可见光图像，并将图像传送给工业控制计算机；红外热成像仪实时采集待测铜液样本的非可见光红外图像，也将图像传送给工业控制计算机。

工业摄像机和红外热成像仪均安装在熔炼炉附近的标准光源灯箱内，由于外界光照的变化会导致铜样成像颜色的波动，所以需要使用标准光源灯箱将待检品与外界光照隔离开来，保证每次检测时的光照强度恒定。

工业摄像机使用德国映美精的80万像素彩色工业摄像机31AG03，该工业摄像机采用80万像素的1/3’CCD图像传感器，逐行全帧扫描方式，有效像素1024(H)×768(V)，采样精度可达8bit，帧速率15帧/秒，输出接口为网络TCP/IP，镜头卡口为C/CS口，体积小巧，易于安装。

红外热成像仪采用FlIR公司SC305型号的在线式热像仪。

工业控制计算机接收工业摄像机和红外热成像仪分别提供的可见光图像和非可见光红外图像，并对这两种图像进行特征提取，估算出待测铜液样本的铜品位。

工业控制计算机采用研华工业控制计算机，该机采用Intel双核处理器，主频3.0G，1100M网卡，1G内存，160G硬盘，19寸液晶显示器，满足工业现场恶劣环境的要求；

工业控制计算机安装有颜色提取软件、红外提取软件、铜品位测量软件、样本数据库和人机界面软件；并通过千兆以太网连接工业摄像机和红外热成像仪。

颜色提取软件从可见光图像中读取ROI，并提取出ROI的像素平均RGB值，进而计算出待测铜液样本的颜色向量角；

红外提取软件对非可见光红外图像进行特征提取，得到待测铜液样本的红外线强度；

样本数据库存储有参考铜液样本的特征信息；

铜品位测量软件根据所有参考铜液样本的特征信息以及待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度，通过模式识别计算出待测铜液样本的铜品位。

人机界面软件显示可见光图像和非可见光红外图像以及关于红外线强度、颜色向量角和铜品位的信息，并接收用户的操作指令对颜色提取软件、红外提取软件、铜品位测量软件和样本数据库进行参数设定。

本实施方式通过摄像机和红外仪分别采集铜液的可见光图像和非可见光红外图像，并将图像传输到工控机进行特征提取，根据特征信息以及样本数据估计铜液的铜品位，进而控制废杂铜冶炼氧化还原反应过程。

Claims (5)

1.一种关于铜加工过程铜品位的检测方法，包括如下步骤：

(1)实时采集待测铜液样本的可见光图像和非可见光红外图像；

(2)对所述的非可见光红外图像进行特征提取，得到待测铜液样本的红外线强度，所述的红外线强度为非可见光红外图像的像素平均红外值；

(3)在所述的可见光图像中选取ROI，对ROI进行特征提取，得到ROI的像素平均RGB值，并通过以下方程表达式计算出待测铜液样本的颜色向量角；

C_R＝0.877[0.701Red-0.587(256-Green)-0.114Blue]

C_B＝-0.493[-0.299Red-0.587(256-Green)-0.886Blue]    (1)

θ＝arctan(C_R/C_B)

式1中：Red为ROI的红色通道像素平均值，Green为ROI的绿色通道像素平均值，Blue为ROI的蓝色通道像素平均值，θ为待测铜液样本的颜色向量角；

(4)获取样本数据库，根据所述的颜色向量角和红外线强度，通过以下方程表达式计算出待测铜液样本的铜品位；

$y=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{i}K(u_i,u)+b---\left(2\right)$

式2中：K(u_i，u)为非线性核函数，y为待测铜液样本的铜品位，n为样本数据库内参考铜液样本的个数，i为样本数据库内参考铜液样本的序号，u_i为由样本数据库内的第i参考铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量，α_i为第i参考铜液样本的系数，b为偏置值，u为由待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度构成的二维向量。

2.一种关于铜加工过程铜品位的检测***，其特征在于，包括：

图像采集单元，用于实时采集待测铜液样本的可见光图像；

红外检测单元，用于实时采集待测铜液样本的非可见光红外图像；

图像处理单元，用于对所述的可见光图像和非可见光红外图像进行特征提取，并计算出待测铜液样本的铜品位。

3.根据权利要求2所述的关于铜加工过程铜品位的检测***，其特征在于：所述的图像处理单元，包括：

颜色提取软件，用于在所述的可见光图像中读取ROI，并提取出ROI的像素平均RGB值，进而计算出待测铜液样本的颜色向量角；

红外提取软件，用于对所述的非可见光红外图像进行特征提取，得到待测铜液样本的红外线强度；

样本数据库，用于存储参考铜液样本的特征信息；

铜品位测量软件，用于根据所有参考铜液样本的特征信息以及待测铜液样本的颜色向量角和红外线强度，通过模式识别计算出待测铜液样本的铜品位；

人机界面软件，用于显示所述的可见光图像和非可见光红外图像以及关于红外线强度、颜色向量角和铜品位的信息，并接收用户的操作指令对所述的颜色提取软件、红外提取软件、铜品位测量软件和样本数据库进行参数设定。

4.根据权利要求2所述的关于铜加工过程铜品位的检测***，其特征在于：所述的图像采集单元为工业摄像机；所述的红外检测单元为红外热成像仪；所述的图像处理单元为工业控制计算机。

5.根据权利要求4所述的关于铜加工过程铜品位的检测***，其特征在于：所述的工业摄像机和红外热成像仪均采用千兆以太网接口与工业控制计算机实现连接。

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