本發(fā)明涉及熔爐的監(jiān)測，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺的巖棉電熔爐液位檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、巖棉是一種高效、防火、環(huán)保的無機(jī)保溫材料，廣泛應(yīng)用于建筑、電力、冶金、船舶等多個(gè)領(lǐng)域。巖棉電熔爐中巖棉的液位高度是一個(gè)重要的參數(shù)，它直接影響到熔爐的熔化和生產(chǎn)效率，在電熔爐中，巖棉水(熔融巖石)的高度需要精確測量，以便進(jìn)行有效的爐溫管理和原料補(bǔ)給。由于巖棉液的生產(chǎn)過程中，環(huán)境溫度較高(1000℃)，粉塵干擾較多，巖石未完全燃燒，并且液位會產(chǎn)生波動，現(xiàn)有的液位檢測技術(shù)不能精確的對液位進(jìn)行測量，比如激光、雷達(dá)等。目前都以人工測量的方式進(jìn)行液位檢測，這種方式存在諸多弊端，比如高溫暴露、有害氣體和高溫蒸汽，而且人工高度依賴于經(jīng)驗(yàn)，很容易誤判。

2、近年來，隨著電子電路技術(shù)、圖像處理基礎(chǔ)、光學(xué)視覺技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器視覺的相關(guān)研究得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)器視覺具有智能化程度高，實(shí)時(shí)性好，感知手段多等優(yōu)勢。針對此種情況，本文提出了一種基于機(jī)器視覺的巖棉電熔爐液位檢測系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的巖棉電熔爐液位檢測系統(tǒng)及方法，通過工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)取圖，然后對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算出液位高度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、基于機(jī)器視覺的巖棉電熔爐液位檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、s1、在液位上方安裝工業(yè)相機(jī)，并確保相機(jī)可以觀測到液面與液面邊緣；通過所述工業(yè)相機(jī)采集巖棉液邊緣輪廓圖像；

5、s2、采用中值濾波算法，消除高溫環(huán)境下圖像中存在的高斯噪聲和椒鹽噪聲，保護(hù)液位邊緣信息；

6、s3、通過圖像像素處理技術(shù)提取出液面，并對圖像進(jìn)行膨脹與腐蝕以實(shí)現(xiàn)圖像的增強(qiáng)；

7、s4、采用基于canny算子的邊緣檢測來提取邊緣輪廓，并將提取出的液位邊緣最遠(yuǎn)點(diǎn)到圖像邊緣的距離作為液位特征值；

8、s5、將提取的液位特征值進(jìn)行計(jì)算，得到真實(shí)的液位值。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述s2采用中值濾波算法消除噪聲，中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù)，它的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周圍的像素值接近，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)；具體步驟為：

10、s21、采用模板并對模板內(nèi)的像素按照像素值大小進(jìn)行排序，生成單調(diào)上升或下降的二維數(shù)據(jù)序列，并采用以下公式進(jìn)行輸出：

11、g(x,y)＝med{f(x-m,y-n),(m,n∈w)}

12、式中，f(x,y)表示原始的圖像，g(x,y)表示處理后的圖像，w為二維模板；

13、s22、通過圖像中的采樣窗口選取奇數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，并將排序后的中值取代需要處理的數(shù)據(jù)，讓該數(shù)據(jù)的像素值與周圍的像素值接近，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述中值濾波算法采用的模板為二維模板，濾波窗口為3*3，5*5，7*7區(qū)域；實(shí)際使用中，可以放大窗口長度，選取最合適的直到濾波效果滿意為止，對于緩變長輪廓物體一般采用方形和圓形，對于尖角形一般采用十字形窗口；后面的程序采用3*3矩形區(qū)域。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述s3通過引入形態(tài)學(xué)處理對液面進(jìn)行突出，步驟為：

16、s31、遍歷圖像的所有像素點(diǎn)，觀察液面三通道顏色信息，并提取液面二值化圖像；

17、s32、對二值化圖像進(jìn)行開與閉運(yùn)算處理；

18、所述開運(yùn)算通過先腐蝕后膨脹的方法，消除圖像中的細(xì)小噪聲，同時(shí)保留較大的物體和特征；

19、所述閉運(yùn)算通過先膨脹后腐蝕的方法，通過填充物體內(nèi)部的細(xì)小空洞，保持物體的完整性，能夠平滑物體的邊界，特別是在不明顯改變物體面積的情況下，能夠有效去除小型空洞和溝壑，使物體輪廓更加平滑。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述s4的邊緣檢測算法采用canny檢測算法；步驟如下：

21、s41、采用高斯濾波處理對圖像進(jìn)行降噪，公式為：

22、

23、s42、計(jì)算圖片中每個(gè)像素的梯度幅值和方向，使用sobel算子對圖像的梯度方向以及幅值進(jìn)行計(jì)算，公式為：

24、

25、式中，θ表示圖像的梯度方向，g表示圖像的幅值；

26、各點(diǎn)的梯度方向近似量化到0、45、90、135四個(gè)角度之一；

27、s43、采用極大值抑制算法消除邊緣檢測帶來的雜散響應(yīng)；將當(dāng)前像素的梯度強(qiáng)度與正負(fù)梯度方向上梯度插值點(diǎn)進(jìn)行比較，若當(dāng)前像素大于兩個(gè)插值點(diǎn)中最大值，則將該點(diǎn)作為邊緣點(diǎn)，完成非極大值抑制；然后進(jìn)行雙閾值邊緣連接，選取最小閾值為50，最大閾值為200時(shí)，可實(shí)現(xiàn)本次環(huán)境下邊緣檢測的最優(yōu)處理；最后將標(biāo)桿附近區(qū)域的液位特征值進(jìn)行提取，提高后續(xù)測量的準(zhǔn)確性。

28、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述s5將液位邊緣最遠(yuǎn)點(diǎn)作為液位交點(diǎn)，并根據(jù)液位高度與液位交點(diǎn)成正比的關(guān)系，獲取液位交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為有效距離；步驟為：

29、s51、遍歷所有邊緣輪廓點(diǎn)，for(…)得到點(diǎn)集vector<point>；

30、s52、按照點(diǎn)的縱坐標(biāo)進(jìn)行排序，sort(…)；

31、s53、提取最遠(yuǎn)點(diǎn)的縱坐標(biāo)，即為此時(shí)的液位特征值。

32、基于機(jī)器視覺的巖棉電熔爐液位檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)包括：硬件部分和軟件部分；

33、所述硬件部分包括：工控計(jì)算機(jī)、工業(yè)相機(jī)、繼電器報(bào)警裝置和顯示器；所述工控計(jì)算機(jī)用于承載所述軟件部分運(yùn)行的主要環(huán)境，并與所述工業(yè)相機(jī)、所述繼電器報(bào)警裝置和所述顯示器進(jìn)行交互；所述工業(yè)相機(jī)用于對液位圖像進(jìn)行采集，并發(fā)送給所述軟件部分進(jìn)行液位高度計(jì)算；所述顯示器用于顯示液位值；所述繼電器報(bào)警裝置包括繼電器和報(bào)警燈，用于在液面達(dá)到警戒位置時(shí)發(fā)出報(bào)警；

34、所述軟件部分包括：圖像采集模塊、圖像處理模塊、高度計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、警報(bào)模塊和高度模塊；所述圖像采集模塊用于獲取巖棉液邊緣輪廓圖像；所述圖像處理模塊用于消除高溫環(huán)境下圖像中的噪聲，通過圖像像素處理技術(shù)提取出液面，并對圖像進(jìn)行增強(qiáng)；所述高度計(jì)算模塊通過算法獲取液位特征值，并根據(jù)液位高度與液位交點(diǎn)關(guān)系計(jì)算得到真實(shí)的液位值；所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲計(jì)算得到的液位值；所述高度模塊用于將該液位值傳遞給所述顯示器；當(dāng)液位值超過液面警戒位置時(shí)，所述警報(bào)模塊用于將報(bào)警信息傳遞給所述繼電器報(bào)警裝置。

35、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述工業(yè)相機(jī)選用600萬@60fps的jzy-3010fs相機(jī)，并配備有光學(xué)鏡頭。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

37、針對高溫環(huán)境下巖棉電熔爐液位檢測的問題，本技術(shù)通過圖像預(yù)處理技術(shù)提取出液位特征。首先，通過中值濾波算法，消除高溫環(huán)境下圖像中存在高斯噪聲和椒鹽噪聲，保護(hù)液位邊緣信息；然后通過圖像像素處理技術(shù)提取出液面，并對圖像進(jìn)行多次膨脹與腐蝕以實(shí)現(xiàn)圖像的增強(qiáng)；之后采用基于canny算子的邊緣檢測來提取邊緣輪廓，并將提取出的液位邊緣最遠(yuǎn)點(diǎn)到圖像邊緣的距離作為液位特征值(用算法計(jì)算出液位特征值)；最后，將提取的液位特征值進(jìn)行計(jì)算，方可得到真實(shí)的液位值。并且，本技術(shù)通過模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證模型的可行性和實(shí)用性，通過對不同液位高度的巖棉液圖像和視頻進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本技術(shù)提供的一種基于機(jī)器視覺的巖棉電熔爐液位檢測系統(tǒng)及方法，可以有效完成液位非接觸測量，并可以快速地得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果。