CN103364315A - 一种烧结固体燃料粒度在线检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烧结固体燃料粒度在线检测方法及检测装置，检测方法包括：固体燃料的平整压平，粒度的图像数据采集，粒度的图像数据提取，粒度的图像数据预处理，粒度的图像分割处理，粒度的图像特征提取，粒度的图像特征统计及分析。检测装置包括：在带有侧托辊的燃料皮带上选取一段并在燃料皮带下方设置一排直托辊，在侧托辊与直托辊的交界处设置一块刮板，在刮板后设置一压平辊，在燃料皮带上方设置一光源照在待测燃料平面上，在待测燃料平面上方设置一台图像采集设备。本发明通过计算机进行图像处理、特征提取与分析计算，检测出固体燃料粒度分布密度，解决了人工检测劳动强度大，检测时间长，数据实时性差等问题。

Description

一种烧结固体燃料粒度在线检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及固体燃料粒度检测技术，尤其是一种烧结固体燃料粒度在线检测方法及检测装置。

背景技术

在烧结过程中，固体燃料粒度波动直接造成其表面积变化，使得碳粒自身的润湿和着火过程的改变，也会影响烧结混合料造球效果，对混合料的物化性质带来影响是混合料的密度、空隙率堆积密度等参数发生变化，导致整个混合料透气性不均匀、烧结燃烧带横行分布不均。另外，固体燃料粒度变化会造成烧结混合料中固体燃料燃烧动力学和热力学条件相应发生改变，从而影响燃烧速度和炭燃烧的产物，上述因素均在很大程度上对烧结生产造成影响，使得烧结矿质量和产量降低。为解决固体燃料波动问题，首先需要对固体燃料粒度在线检测，通过在线检测固体燃料粒度大小，调整破碎机(辊缝)，控制固体燃料的破碎粒度，使得固体燃料粒度符合生产工艺要求。传统的固体燃料检测方法是人工从破碎后的燃料传送皮带上取样，离线应用组合筛进行筛分、称重、统计得到固体燃料的粒度数据。这种方法是全部人工操作，劳动强度大，检测时间长，数据实时差，且无法实现信息化、自动化检测控制功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结固体燃料粒度在线检测方法及检测装置，采用计算机机器视觉与图像分析的固体燃料粒度检测方法，通过安装在运载固体燃料皮带机上方的物料压平装置和图像采集设备对固体燃料粒度图像进行实时采集，由计算机进行图像处理、特征提取与分析计算，检测出固体燃料粒度分布密度，解决烧结生产工艺中固体燃料人工操作的劳动强度大，检测时间长，数据实时性差等问题，为实现固体燃料破碎控制的自动化、信息化提供检测数据。

本发明的目的是这样实现的，一种烧结固体燃料粒度在线检测方法包括以下步骤：

(1)固体燃料的平整压平，应用安装在固体燃料传送皮带上方的物料刮板和压平辊，将固体燃料平整压平，以备图像检测。

(2)固体燃料粒度图像数据采集，通过安装在固体燃料传送皮带上方的图像采集设备在线检测被平整压平的固体燃料的图像，其采样周期设置与固体燃料传送皮带运行速度相匹配，避免固体燃料图像失真或者使其图像信息丢失。采用单一明场照明，无需暗场，这样在简化设备的同时，更重要的是使得固体燃料粒度图像的对比度得到增强，更利于固体燃料粒度检测的准确。

(3)固体燃料粒度图像数据提取，通过计算设备按图像采集设备的采样周期对采集到的固体燃料表面实时图像进行提取，然后对每一幅目标图像创建一个独立的分析线程，以进行进一步的分析处理。

(4)固体燃料粒度图像数据预处理，采用中值滤波和灰度直方图均衡化方法对图像进行降噪处理及图像优化，避免固体燃料图像中的噪声对固体燃料的检测效果造成影响。

(5)固体燃料粒度图像分割处理，根据固体燃料图像的特点采用自适应阈值分割的方法进行图像分割，确定固体燃料粒度边界图像。固体燃料粒度边界图像的确定是通过灰度图像利用阈值进行分割，而阈值采用了与固体燃料粒度图像平均灰度相关的自适应阈值，并且自适应阈值的系数是通过大量现场固体燃料粒度图像数据试验得到，能够有效的确定固体燃料粒度边界的初始起点。

(6)固体燃料粒度图像特征提取，提取图像中固体燃料的两个特征，分别是固体燃料颗粒的近似长宽比及颗粒的面积。

(7)固体燃料粒度图像特征统计及分析，根据烧结生产工艺设定固体燃料粒度大小级别层次，以固体燃料的两个特征值为划分条件，进行分级循环统计计算，计算出各个层级固体燃料粒度大小的数量及其百分比，以此作为固体燃料粒度检测分析结果。

一种用于实现上述烧结固体燃料粒度在线检测方法的检测装置，在带有侧托辊的燃料皮带上选取一段并在燃料皮带下方设置一排直托辊，在侧托辊与直托辊的交界处设置一块刮板，在刮板后设置一压平辊，在燃料皮带上方设置一光源照在待测燃料平面上，在待测燃料平面上方设置一台图像采集设备，所述图像采集设备是照相机或高分辨率的摄像机。

本发明采用计算机机器视觉与图像分析的固体燃料粒度检测方法，通过计算机进行图像处理、特征提取与分析计算，检测出固体燃料粒度分布密度，解决了人工检测劳动强度大，检测时间长，数据实时性差等问题，实现了固体燃料粒度在线检测，为实现固体燃料破碎控制的自动化、信息化提供检测数据。本发明原理简明，适应现场环境，工作可靠，设备成本低，易于实现。

附图说明

图1为本发明设备构成图；

图2为目标颗粒特征示意图。

图中：1、皮带托辊；2、传送皮带；3、煤粉；4、刮板；5、压平辊；6、皮带平托辊；7、摄像机。

具体实施方式

如图1所示，一种烧结固体燃料粒度在线检测装置，在带有侧托辊1的燃料皮带2上选取一段并在燃料皮带2下方设置一排直托辊6，在侧托辊1与直托辊6的交界处设置一块刮板4，在刮板4后设置一压平辊5，在燃料皮带2上方设置一光源照在待测燃料平面上，在待测燃料平面上方设置一台图像采集设备7，所述图像采集设备是照相机或高分辨率的摄像机。

本发明的一种烧结固体燃料粒度在线检测方法包括以下步骤：

(1)固体燃料的平整压平，当固体燃料通过***设备时，应用安装在固体燃料传送皮带上方的物料刮板和压平辊将固体燃料刮平并压实、压平，以备图像检测。

(2)固体燃料粒度图像数据采集，通过安装在固体燃料传送皮带上方的图像采集设备在线检测被平整压平的固体燃料的图像，其采样周期设置与固体燃料传送皮带运行速度相匹配，避免固体燃料图像失真或者使其图像信息丢失。采用单一明场照明，无需暗场，这样在简化设备的同时，更重要的是使得固体燃料粒度图像的对比度得到增强，更利于固体燃料粒度检测的准确。

(3)固体燃料粒度图像数据提取，通过计算设备按图像采集设备的采样周期对采集到的固体燃料表面实时图像进行提取，然后对每一幅目标图像创建一个独立的分析线程，以进行进一步的分析处理。

(4)固体燃料粒度图像数据预处理，为了保留图像轮廓的清晰，首先基于中值滤波对采集到的煤粉图像进行降噪处理。对于采集到的煤粉图像基本上像素灰度都是比较暗的，因此接着是对降噪后的图像进行灰度直方图均衡化处理，增大图像灰度的动态范围，增强对比度。

(5)固体燃料粒度图像分割处理，本发明根据煤粉图像的特点采用如下自适应阈值分割的方法进行图像分割，确定煤粉颗粒图像，其中分割阈值的确定算法如下：

①设定一阈值T_k，将图像分成两组R1和R2

R₁＝{f(x，y)|f(x，y)≥T_k}

R₂＝{f(x，y)|0＜f(x，y)＜T_k}

其中，f(x，y)为图像上(x，y)点的灰度值。

②计算μ_k(阈值距离系数)

${\mathrm{\μ}}_k=|\frac{\underset{(x,y)\∈R_1}{\mathrm{\Σ}}f(x,y)/N\left(R_1\right)+\underset{(x,y)\∈R_2}{\mathrm{\Σ}}f(x,y)/N\left(R_2\right)}{2}-T_k|$

其中N(R₁)，N(R₂)分别为R1区域和R2区域的灰度平均值。

③计算最终分割阈值AAK

AAK为当μ_k取最小值时的T_k值。

(6)固体燃料粒度图像特征提取，本发明提取图像中煤粉颗粒的两个特征，分别是颗粒近似长宽比及颗粒面积。

颗粒近似长宽比RatioL/W的计算方法如下：

$\mathrm{RatioL}/W=\frac{\mathrm{LineAB}}{\mathrm{LineCD}}$

颗粒近似长度LineAB为图2中目标颗粒图像外界矩形对角线穿过目标颗粒图像部分的两条线段较长的一条的长度，颗粒近似宽度LineCD为图2中目标颗粒图像外界矩形对角线穿过目标颗粒图像部分的两条线段较短的一条的长度。

$\mathrm{LineAB}=\sqrt{{\left({\left|\mathrm{AB}\right|}_x\right)}^2+{\left({\left|\mathrm{AB}\right|}_y\right)}^2}$

$\mathrm{LineCD}=\sqrt{{\left({\left|\mathrm{CD}\right|}_x\right)}^2+{\left({\left|\mathrm{CD}\right|}_y\right)}^2}$

其中|AB|_x为AB两点水平方向的间隔像素点个数，|AB|_y为AB两点垂直方向的间隔像素点个数。颗粒面积即为图2中阴影部分的像素点的个数。

(7)固体燃料粒度图像特征统计及分析，根据烧结生产工艺设定固体燃料粒度大小级别层次，以固体燃料的两个特征值为划分条件，进行分级循环统计计算，计算出各个层级固体燃料粒度大小的数量及其百分比，以此作为固体燃料粒度检测分析结果。

首先对所有颗粒进行一次筛分，如果颗粒的近似长宽比(RatioL/W)小于10并且颗粒面积大于最小颗粒面积(MinArea)，则该颗粒可以进行下一步的统计，反之则不可以进行下一步的统计。其中MinArea选取方法为：

首先选取值满足如下条件

并且MinArea的最终选取值为所有满足上式的选取值中的最大值。

然后根据颗粒近似长度对剩余的颗粒目标进行再次筛分，本次筛分将所有目标颗粒筛分成6组，6组的边界条件是根据实际图像的放大情况而定，具体筛分方法如下：

其中：BG1为1mm实际尺寸在图像上的显示长度，BG2为2mm实际尺寸在图像上的显示长度，BG3为3.15mm实际尺寸在图像上的显示长度，BG4为5mm实际尺寸在图像上的显示长度，BG5为6.3mm实际尺寸在图像上的显示长度。

筛分后分别统计各级别的固体燃料粒度分布密度，分布密度统计方法如下：

***对连续5张颗粒平面图像进行综合统计，以各层次固体燃料粒度的分布密度均值作为最终固体燃料粒度检测输出数据，进行在线生产操作指导，进而调整相关设备参数，控制固体燃料粒度和烧结矿的质量。

Claims (4)

1.一种烧结固体燃料粒度在线检测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)固体燃料的平整压平，利用安装在固体燃料传送皮带上方的物料刮板、压平辊以及皮带下方的直托辊，将固体燃料平整压平，以备图像检测；

(2)固体燃料粒度图像数据采集，通过安装在固体燃料传送皮带上方的图像采集设备在线检测被平整压平的固体燃料的图像，其采样周期设置与固体燃料传送皮带运行速度相匹配，并采用单一明场照明；

(3)固体燃料粒度图像数据提取，通过计算设备按图像采集设备的采样周期对采集到的固体燃料表面实时图像进行提取，然后对每一幅目标图像创建一个独立的分析线程，以进行进一步的分析处理；

(4)固体燃料粒度图像数据预处理，采用中值滤波和灰度直方图均衡化方法对图像进行降噪处理及图像优化；

(5)固体燃料粒度图像分割处理，根据固体燃料图像的特点采用自适应阈值分割的方法进行图像分割，确定固体燃料粒度边界图像，固体燃料粒度边界图像边界的确定是通过灰度图像利用阈值进行分割，而阈值采用了与固体燃料粒度图像平均灰度相关的自适应阈值，并且自适应阈值的系数是通过大量现场固体燃料粒度图像数据试验得到，能够有效的确定固体燃料粒度边界的初始起点；

(6)固体燃料粒度图像特征提取，提取图像中固体燃料的两个特征，分别是固体燃料颗粒的近似长宽比及颗粒的面积；

(7)固体燃料粒度图像特征统计及分析，根据烧结生产工艺设定固体燃料粒度大小级别层次，以固体燃料的两个特征值为划分条件，进行分级循环统计计算，计算出各个层级固体燃料粒度大小的数量及其百分比，以此作为固体燃料粒度检测分析结果。

2.根据权利要求1所述烧结固体燃料粒度在线检测方法，其特征在于自适应阈值分割的方法为：

①设定一阈值T_k，将图像分成两组R1和R2

R₁＝{f(x，y)|f(x，y)≥T_k}

R₂＝{f(x，y)|0＜f(x，y)＜T_k}

其中，f(x，y)为图像上(x，y)点的灰度值；

②计算μ_k

${\mathrm{\μ}}_k=|\frac{\underset{(x,y)\∈R_1}{\mathrm{\Σ}}f(x,y)/N\left(R_1\right)+\underset{(x,y)\∈R_2}{\mathrm{\Σ}}f(x,y)/N\left(R_2\right)}{2}-T_k|$

其中N(R₁)，N(R₂)分别为R1区域和R2区域的灰度平均值；

③计算最终分割阈值AAK

AAK为当μ_k取最小值时的T_k值。

3.根据权利要求1所述烧结固体燃料粒度在线检测方法，其特征在于固体燃料颗粒近似长宽比RatioL/W的计算方法如下：

$\mathrm{RatioL}/W=\frac{\mathrm{LineAB}}{\mathrm{LineCD}}$

LineAB为目标颗粒图像外界矩形对角线穿过目标颗粒图像部分的两条线段较长的一条的长度，LineCD为目标颗粒图像外界矩形对角线穿过目标颗粒图像部分的两条线段较短的一条的长度；

$\mathrm{LineAB}=\sqrt{{\left({\left|\mathrm{AB}\right|}_x\right)}^2+{\left({\left|\mathrm{AB}\right|}_y\right)}^2}$

$\mathrm{LineCD}=\sqrt{{\left({\left|\mathrm{CD}\right|}_x\right)}^2+{\left({\left|\mathrm{CD}\right|}_y\right)}^2}$

其中|AB|_x为AB两点水平方向的间隔像素点个数，|AB|_y为AB两点垂直方向的间隔像素点个数；颗粒面积为像素点的个数。

4.一种用于实现权利要求1～3任意一项所述的烧结固体燃料粒度在线检测方法的检测装置，其特征在于在带有侧托辊(1)的燃料皮带(2)上选取一段并在燃料皮带(2)下方设置一排直托辊(6)，在侧托辊(1)与直托辊(6)的交界处设置一块刮板(4)，在刮板(4)后设置一压平辊(5)，在燃料皮带(2)上方设置一光源照在待测燃料平面上，在待测燃料平面上方设置一台图像采集设备(7)，所述图像采集设备是照相机或高分辨率的摄像机。

Images