CN109190618B - 基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法 - Google Patents

基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法；一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置，包括中间缓存装置和粒化仓体；中间缓存装置中的熔渣通过出渣口流动至粒化器，并在出渣口与粒化器之间形成高温熔渣液柱；其特征在于：在粒化仓体内设置高速摄影仪，该高速摄影仪的摄像头与高温熔渣液柱对应；高速摄影仪外布置有水冷壳套，水冷壳套内的冷却水由循环水泵驱动；高速摄影仪通过数据传输线将高温熔渣液柱图像传输给计算机；计算机内设置有液柱边缘识别模块、液柱直径计算模块、颜色阈值分割模块、特征点位置识别模块、特征点速度计算模块和流量计算模块；本发明可广泛应用在钢铁、冶金等领域中进行高温熔融流体流量的测量。

Description

基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法
技术领域
本发明涉及高温熔渣流量测量装置及方法，具体涉及基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法。
背景技术
高炉炼铁过程产生大量高温熔渣，目前常用水淬法对其进行处理，得到的高玻璃体含量的炉渣颗粒可用作水泥添加料，但此法产生了巨大能量浪费，并产生水资源浪费、环境污染等一系列问题。
为解决高温炉渣水淬处理法的诸多弊端，多种高温熔渣干式处理方法应运而生。常见的高温熔渣干式处理方法有转鼓法、风淬粒化法、离心搅拌法等。熔渣离心粒化余热回收技术是最具前景的高温熔渣干式处理方法之一。其主要过程是：由高炉间歇排出的高温高炉渣，进入到中间缓存装置中，由于重力作用，由中间缓存装置下端出渣口连续流出，并形成高温熔渣液柱，流至高速旋转的粒化器，在粒化器的离心作用下发生铺展、粒化等行为。液态熔渣粒化所得的渣粒从粒化器边缘飞出，撞击粒化仓体后落下，后续利用移动床或流化床等方式对渣粒的余热进行回收。对于冷却渣粒，可利用其制作水泥填料，实现资源化利用。
熔渣离心粒化余热回收技术具有结构紧凑、耗能低、形成的颗粒直径小等优势，得到国内外的广泛关注。
然而，熔渣离心粒化余热回收技术需要保持熔渣流量稳定，流量的不稳定容易造成颗粒粘结、渣棉产生量大、余热回收效率降低等严重后果。但由于目前无法对高温熔渣流量进行测量，进而无法对流量进行调控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是：一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置，包括中间缓存装置和粒化仓体；粒化仓体内设置有粒化器，所述中间缓存装置下端设置出渣口，所述出渣口与粒化器相对应，中间缓存装置中的熔渣通过出渣口流动至粒化器，并在出渣口与粒化器之间形成高温熔渣液柱；其特征在于：在粒化仓体内设置有高速摄影仪，该高速摄影仪的摄像头与高温熔渣液柱对应；以拍摄高温熔渣液柱图像；粒化仓体内温度较高，为保护高速摄影仪，该高速摄影仪外布置有水冷壳套，所述水冷壳套内的冷却水由循环水泵驱动。
所述高速摄影仪通过数据传输线将高温熔渣液柱图像传输给计算机。
所述计算机内设置有液柱边缘识别模块、液柱直径计算模块、颜色阈值分割模块、特征点位置识别模块、特征点速度计算模块和流量计算模块。
所述液柱边缘识别模块用于利用边缘识别函数对高温熔渣液柱图像边缘进行识别。
所述液柱直径计算模块用于在高温熔渣液柱高度方向选取一水平面为特征截面，在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径。
颜色阈值分割模块用于根据颜色阈值分割的相关函数，将特征截面相邻区域作为感兴趣区域，再给定特征点的RGB值范围，进行颜色阈值分割，在感兴趣区域内以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点。
特征点位置识别模块用于对特征点进行逐帧识别，得到同一个特征点在各帧图像上的坐标。
特征点速度计算模块用于根据帧差法，计算特征点的移动速度；所述特征点的移动速度即为液柱的流动速度。
流量计算模块用于根据特征截面处的液柱直径及流动速度，计算熔渣液柱的流量。
根据本发明所述的基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置的优选方案，所述数据传输线由耐温材料进行包裹。
本发明的第二个技术方案是：一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
通过高速摄影仪对高温熔渣液柱进行拍摄获得高温熔渣液柱的图像。
利用边缘识别函数对图像边缘进行识别。
在图像高度方向选取一水平面为特征截面，在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径。
将特征截面相邻区域作为感兴趣区域，再给定特征点的RGB值范围，根据颜色阈值分割的相关函数，进行颜色阈值分割，在感兴趣区域内以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点。
对特征点进行逐帧识别，获得同一个特征点在各帧图像上的坐标。
根据帧差法，计算特征点的移动速度；所述特征点的移动速度即为液柱的流动速度。
根据特征截面处的液柱直径及流动速度，计算熔渣液柱的流量。
本发明将高炉间歇排出的高温高炉渣，进入到中间缓存装置中，由于重力作用，由中间缓存装置下端出渣口连续流出流至粒化器，并形成高温熔渣液柱，利用熔渣液柱温度极高，会向周围发射强光的特点，将高速摄影仪设置为高帧率低曝光时间模式，对其进行拍摄。同时，由于熔渣液柱腐蚀性强，会对其流经部分进行腐蚀，使得液柱内含有少量杂质特征粒子，由于不同物质的发光频率不同，杂质特征粒子在流动时呈现与熔渣主流液柱不同的颜色。根据此特性，使用高速摄影仪对熔渣液柱进行高帧率低曝光时间拍摄，并利用图像识别技术，识别杂质特征粒子，逐帧分析杂质特征粒子所处位置，以此计算液流速度；同时，在低曝光时间的条件下，背景呈现纯黑色，液柱呈现亮红色，利用图像识别技术识别熔渣液柱的边缘轮廓，得到液柱直径。根据速度和直径信息，可实现对高温熔渣流量的实时检测。
本发明所述的基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置及方法的有益效果是：本发明使用高速摄影仪对熔渣液柱进行拍摄，并利用图像识别技术，识别杂质特征粒子和熔渣液柱的边缘轮廓，实现了离心粒化***内高温熔渣流量的测量，为高温熔渣流量调控提供了基础；本发明还为粒化仓内高温环境下使用高速摄影仪拍摄提供了可行方案；本发明可广泛应用在钢铁、冶金等领域中进行高温熔融流体的流量测量。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置的结构示意图。
图2为一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量方法流程示意图。
图3为利用高速摄影仪拍摄的模拟熔渣流动的照片图。
具体实施方式
实施例1：参见图1与图2，一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置，包括中间缓存装置1和粒化仓体11；粒化仓体11内设置有粒化器4，所述中间缓存装置下端设置出渣口2，所述出渣口2与粒化器4相对应，中间缓存装置1中的熔渣通过出渣口2流动至粒化器4，并在出渣口2与粒化器4之间形成高温熔渣液柱3；在粒化仓体11内设置有高速摄影仪6，该高速摄影仪6的摄像头与高温熔渣液柱3对应；以拍摄高温熔渣液柱3图像；粒化仓体内温度较高，为保护高速摄影仪6，该高速摄影仪6外布置有水冷壳套5，所述水冷壳套5内的冷却水由循环水泵8通过水管7进行循环驱动。
所述高速摄影仪6通过数据传输线9将高温熔渣液柱3图像传输给计算机10；所述数据传输线9由耐温材料进行包裹。
所述计算机10内设置有液柱边缘识别模块、液柱直径计算模块、颜色阈值分割模块、特征点位置识别模块、特征点速度计算模块和流量计算模块。
所述液柱边缘识别模块用于利用边缘识别函数对高温熔渣液柱3图像边缘进行识别。
所述液柱直径计算模块用于在高温熔渣液柱高度方向选取一水平面为特征截面，在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径。
颜色阈值分割模块用于根据颜色阈值分割的相关函数，将特征截面相邻区域作为感兴趣区域，再给定特征点的RGB值范围，进行颜色阈值分割，在感兴趣区域内以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点。
特征点位置识别模块用于对特征点进行逐帧识别，获得同一个特征点在各帧图像上的坐标。
特征点速度计算模块用于根据帧差法，计算特征点的移动速度；所述特征点的移动速度即为液柱的流动速度。
流量计算模块用于根据特征截面处的液柱直径及流动速度，计算熔渣液柱的流量。所得的流量数据显示在计算机显示器上。
实施例2，参见图2.一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量方法，包括如下步骤：
通过高速摄影仪6对高温熔渣液柱3进行拍摄获得高温熔渣液柱3的图像；
利用边缘识别函数对图像边缘进行识别。
在图像高度方向选取一水平面为特征截面，在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径。
将特征截面相邻区域作为感兴趣区域，再给定特征点的RGB值范围，根据颜色阈值分割的相关函数，进行颜色阈值分割，在感兴趣区域内以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点。
对特征点进行逐帧识别，获得同一个特征点在各帧图像上的坐标。
根据帧差法，计算特征点的移动速度；所述特征点的移动速度即为液柱的流动速度。
根据特征截面处的液柱直径及流动速度，计算熔渣液柱的流量。
参见图3，图3为利用高速摄影仪拍摄的模拟熔渣流动的照片图，在图中高度方向选取一水平面为特征截面，利用边缘识别函数，通过给定的临界灰度值识别边缘与环境，计算得到在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径；再给定特征点的RGB值范围，利用阈值分割函数，以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点，逐帧获取特征点坐标，计算其移动速度，得到液柱的流速；以直径和流速为计算依据，计算流量。利用该方法，误差小于5％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置，包括中间缓存装置(1)和粒化仓体(11)；粒化仓体(11)内设置有粒化器(4)，所述中间缓存装置下端设置出渣口(2)，所述出渣口(2)与粒化器(4)相对应，中间缓存装置(1)中的熔渣通过出渣口(2)流动至粒化器(4)，并在出渣口(2)与粒化器(4)之间形成高温熔渣液柱(3)；其特征在于：在粒化仓体(11)内设置有高速摄影仪(6)，该高速摄影仪(6)的摄像头与高温熔渣液柱(3)对应；以拍摄高温熔渣液柱(3)图像；该高速摄影仪(6)外布置有水冷壳套(5)，所述水冷壳套(5)内的冷却水由循环水泵(8)驱动；
所述高速摄影仪(6)通过数据传输线(9)将高温熔渣液柱(3)图像传输给计算机(10)；
所述计算机(10)内设置有液柱边缘识别模块、液柱直径计算模块、颜色阈值分割模块、特征点位置识别模块、特征点速度计算模块和流量计算模块；
所述液柱边缘识别模块用于利用边缘识别函数对高温熔渣液柱(3)图像边缘进行识别；
所述液柱直径计算模块用于在高温熔渣液柱高度方向选取一水平面为特征截面，在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径；
所述颜色阈值分割模块用于根据颜色阈值分割的相关函数，将特征截面相邻区域作为感兴趣区域，再给定特征点的RGB值范围，进行颜色阈值分割，在感兴趣区域内以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点；
所述特征点位置识别模块用于对特征点进行逐帧识别，获得同一个特征点在各帧图像上的坐标；
所述特征点速度计算模块用于根据帧差法，计算特征点的移动速度；所述特征点的移动速度即为液柱的流动速度；
所述流量计算模块用于根据特征截面处的液柱直径及流动速度，计算熔渣液柱的流量。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的高温熔渣流量测量装置，其特征在于：数据传输线(9)由耐温材料进行包裹。
3.一种基于图像识别技术的高温熔渣流量测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
通过高速摄影仪(6)对高温熔渣液柱(3)进行拍摄获得高温熔渣液柱(3)的图像；
利用边缘识别函数对图像边缘进行识别；
在图像高度方向选取一水平面为特征截面，在特征截面所在高度处的两条熔渣液柱边缘的水平距离即为熔渣液柱直径；
将特征截面相邻区域作为感兴趣区域，再给定特征点的RGB值范围，根据颜色阈值分割的相关函数，进行颜色阈值分割，在感兴趣区域内以颜色符合该RGB值范围的点作为特征点；
对特征点进行逐帧识别，获得同一个特征点在各帧图像上的坐标；
根据帧差法，计算特征点的移动速度；所述特征点的移动速度即为液柱的流动速度；
根据特征截面处的液柱直径及流动速度，计算熔渣液柱的流量。
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