CN102183288A - 基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法 - Google Patents

基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法 Download PDF

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CN102183288A
CN102183288A CN2011100511094A CN201110051109A CN102183288A CN 102183288 A CN102183288 A CN 102183288A CN 2011100511094 A CN2011100511094 A CN 2011100511094A CN 201110051109 A CN201110051109 A CN 201110051109A CN 102183288 A CN102183288 A CN 102183288A
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Abstract

本发明公开了一种基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法，方法从两个方向，对钢流表面通过的钢渣进行监测，含有自动判断出钢与出钢结束的功能，根据对出钢过程中流到钢包中的钢渣连续统计，出钢结束时，根据统计到的钢渣重量，准确计算实际精炼中需要加入的铝重量，该数据可作为下阶段设备，如喂丝机的输入数据，或直接指示操作工人进行备料，达到准确控制精炼用铝量的目的。

Description

基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法
技术领域
本发明涉及现代炼钢精炼技术领域，尤其涉及一种基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法。
背景技术
在现代炼钢操作工艺中，由转炉出钢后的钢水一般均需要通过炉外精炼工序对钢水进行精处理，所谓炉外精炼是指将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个具备真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等精炼操作的炼钢过程，也叫二次冶金，在精炼过程中，需要通过喂丝机向容器（如钢包）内喂入铝线对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分，同时清洁钢水、改善非金属夹杂物形态，在精炼过程中所喂入的丝，大部分与钢水进行反应，称为有效反应，一部分与钢水中的钢渣反应，称为消耗反应，精炼过程中所喂入的丝的量由有效反应与消耗反应的量来确定，其中有效反应量由钢水的工艺要求给定，而消耗反应的量根据钢渣的量进行估算，目前要了解钢水内的钢渣量，必须将钢包内的钢水放干净，然后将余下的钢渣倒出进行称重，这样的操作显然无法在精炼之前进行，且操作耗时太久，影响生产计划，无法炉炉进行，导致目前铝量的计算是根据以往钢渣量的经验值进行估算，当估算渣量比实际需求小时，造成钢水脱氧不足的事故，当估算渣量比实际需求大时，则产生材料的浪费，故目前的用铝量控制尚属于一种非准确操作方式，存在较大的弊端。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法，方法从两个方向，对钢流表面通过的钢渣进行监测，含有自动判断出钢与出钢结束的功能，根据对出钢过程中流到钢包中的钢渣连续统计，出钢结束时，根据统计到的钢渣重量，准确计算实际精炼中需要加入的铝重量，该数据可作为下阶段设备，如喂丝机的输入数据，或直接指示操作工人进行备料，达到准确控制精炼用铝量的目的。
本发明方法工作时采用的检测方法包括以下步骤：
1、       通过热像仪A与热像仪B获取当前时刻                                               
Figure 2011100511094100002DEST_PATH_IMAGE001
的两个热图像样本，分别记为DIBA与DIBB，热像仪A与热像仪B的安装位置成镜面对称，钢流从热像仪A与热像仪B之间垂直穿过（图1），选用热像仪的工作波段需为8~14微米，拍摄速率不小于25帧每秒，输出图像的分辨率记为
Figure 199238DEST_PATH_IMAGE002
，式中以
Figure 218841DEST_PATH_IMAGE003
表示图像宽度，
Figure 11960DEST_PATH_IMAGE004
表示图像高度，单位为像素，要求
Figure 157902DEST_PATH_IMAGE003
不小于320，
Figure 519744DEST_PATH_IMAGE004
不小于240，具体采样操作步骤如下：
（1、  设当前时刻为
Figure 361448DEST_PATH_IMAGE001
，前一次采样时刻为，考察当前时刻距离前一次采样时刻经过的时间间隔是否达到时间间隔
Figure 763402DEST_PATH_IMAGE006
，即判断等式
Figure 120696DEST_PATH_IMAGE007
是否成立，若成立则立即进行步骤1.2，若不成立则等待其成立后进行步骤1.2，以保证采样图像被更新，其中时间间隔
Figure 317322DEST_PATH_IMAGE006
为热像仪拍摄时间间隔，如帧率为25帧每秒的热像仪，其拍摄时间间隔为毫秒；
（2、  采集热像仪A所拍摄的当前图像，获得单帧图像记为DIBA，该图像上任一点灰度值函数为
Figure 60860DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 771196DEST_PATH_IMAGE010
为任一点横坐标，
Figure 802039DEST_PATH_IMAGE011
为任一点纵坐标，函数值为
Figure 709001DEST_PATH_IMAGE013
位置上任一点的灰度值，以下涉及的灰度值函数意义均类同；
（3、  在采集热像仪A所拍摄的图像的同时，采集热像仪B所拍摄的当前图像，图像记为DIBB，图像上任一点灰度值函数为；
（4、  获取的图像DIBA与图像DIBB为同一时刻所拍摄到的同一钢流在相对方向上的正反热图像，为当前时刻
Figure 628251DEST_PATH_IMAGE001
的两个热图像样本；
2、       判断当前转炉是否为出钢状态；
2.1、    计算图像DIBA中所有点的灰度值
Figure 966959DEST_PATH_IMAGE015
，即为图像DIBA的灰度值总量，计算式为；
2.2、    计算图像DIBB中所有点的灰度值
Figure 684697DEST_PATH_IMAGE017
，即为图像DIBB的灰度值总量，计算式为
Figure 3814DEST_PATH_IMAGE018
；
2.3、    计算两个图像灰度值总量均值，计算式为
Figure 37290DEST_PATH_IMAGE020
；
2.4、    取启动判断灰度值总量均值
Figure 78190DEST_PATH_IMAGE021
，该值为现场标定值，在现场确定转炉出钢时，按照步骤2.1至2.3计算得到一个总量均值
Figure 630525DEST_PATH_IMAGE022
，在现场确定转炉未出钢时，按照步骤2.1至2.3计算得到另一个总量均值
Figure 130776DEST_PATH_IMAGE023
，则取
Figure 706987DEST_PATH_IMAGE024
；
2.5、    判断如果不等式成立，则判断当前转炉为出钢状态，进入步骤5，如果不等式不成立，判断当前转炉为非出钢状态，进入步骤3；
3、       考察时间间隔以前转炉是否处于出钢状态，如果是，判断当前时刻为转炉出钢完成时刻，统计计算本次出钢出现的钢渣总重量为
Figure 516439DEST_PATH_IMAGE026
，单位公斤，式中
Figure 803064DEST_PATH_IMAGE027
意义为当前时刻为第
Figure 2577DEST_PATH_IMAGE027
次采样统计时刻，
Figure 162294DEST_PATH_IMAGE028
表征本次出钢过程总共发生的采样统计总数，相邻两个采样统计时间间隔为
Figure 184608DEST_PATH_IMAGE006
，进入步骤5，如果否，判断当前为非出钢时刻的延续，返回步骤1；
4、       根据步骤3得到的钢渣重量计算本炉次精炼所需要的铝量为
Figure 25656DEST_PATH_IMAGE029
，输出计算结果到给料设备控制本炉次精炼所添加的铝量，式中
Figure 603104DEST_PATH_IMAGE031
为每吨钢水的含氧量，由现场化验室根据钢样化验给出相应数据，
Figure 315976DEST_PATH_IMAGE032
为钢水重量，单位吨，由钢包称重系统获得，
Figure 944403DEST_PATH_IMAGE033
为每公斤钢渣消耗的铝量，单位为公斤铝每公斤钢渣，该值取多次实测的平均值，一般使用厂方既有的经验值；
5、       考察时间间隔以前转炉是否处于非出钢状态，如果是，判断当前时刻为起始钢渣统计时刻，令
Figure 357378DEST_PATH_IMAGE027
=1，完成步骤6到步骤20后返回步骤1，如果否，判断当前时刻为出钢时刻的延续，令
Figure 351354DEST_PATH_IMAGE034
，完成步骤6到步骤20后返回步骤1；
6、       对本次采集的图像DIBA，进行罗伯特边缘计算，DIBA内任一点灰度函数为
Figure 534205DEST_PATH_IMAGE009
，对图像DIBA内所有像素点进行边缘计算，得到边缘图像EDIBA，其任一点灰度函数记为
Figure 565746DEST_PATH_IMAGE035
，式中
Figure 238167DEST_PATH_IMAGE036
为交叉梯度算子，常数5为实验经验值，图像EDIBA中，边缘点灰度值为1，非边缘点灰度值为0；
7、       在边缘图像EDIBA内，找寻钢流的左边界，及右边界，单位像素，具体计算步骤如下；
7.1、  建立原始霍夫垂线方程
Figure 507541DEST_PATH_IMAGE039
，方程简化为
Figure 537814DEST_PATH_IMAGE040
；
7.2、  在边缘图像EDIBA中，考察任一点灰度值,若
Figure 33965DEST_PATH_IMAGE042
，考察该点横坐标
Figure 227049DEST_PATH_IMAGE043
，记录该横坐标出现次数，即出现在
Figure 176026DEST_PATH_IMAGE040
的垂直线上的边缘点个数（线段长度），依次完成对边缘图像EDIBA内所有像素点的考察；
7.3、  因图像中钢流的左右边缘具有最长的垂线特性，则取对应边缘点数最多的两个横坐标
Figure 556192DEST_PATH_IMAGE044
即为钢流的左右边界，其中较小的横坐标为左边界，由式
Figure 946853DEST_PATH_IMAGE045
确定钢流左边界坐标，剩余的横坐标即为右边界，由式
Figure 745176DEST_PATH_IMAGE046
确定右边界
8、       根据步骤7的结果，因图像DIBB与DIBA为同一时刻的两幅相对的图像，其各自钢流边缘成镜面对称关系，则图像DIBB的左边界为，右边界为
Figure 797763DEST_PATH_IMAGE048
，单位像素；
9、       在边缘图像EDIBA内，在钢流左右边界范围内，找寻钢流的上边界
Figure 667148DEST_PATH_IMAGE049
与下边界
Figure 444611DEST_PATH_IMAGE050
，单位像素，具体计算步骤如下；
9.1、        建立霍夫水平线方程
Figure 800638DEST_PATH_IMAGE051
，方程简化为；
9.2、        在边缘图像EDIBA中，考察任一点灰度值
Figure 825542DEST_PATH_IMAGE041
,若，且横坐标满足，考察该点纵坐标
Figure 172768DEST_PATH_IMAGE011
，记录该纵坐标出现次数，即出现在
Figure 862506DEST_PATH_IMAGE052
的水平线上的边缘点个数（线段长度），依次完成对边缘图像EDIBA内钢流左右边界范围内所有像素点的考察；
9.3、        因图像中钢流的上下边界范围内，钢流上下边缘具有最长的水平线特性，则取对应边缘点数最多的两个纵坐标即为钢流的上下边界，其中较小的纵坐标为上边界，由式
Figure 842017DEST_PATH_IMAGE055
确定钢流上边界坐标，剩余的纵坐标即为下边界，由式确定下边界；
10、   根据步骤9的结果，因图像DIBB与DIBA为同一时刻的两幅相对的图像，其各自钢流边缘成镜面对称关系，则DIBB与DIBA钢流的上下边界一致，上边界为
Figure 647479DEST_PATH_IMAGE049
，下边界为
Figure 453892DEST_PATH_IMAGE050
，单位像素；
11、   根据步骤7中计算结果，确定图像DIBA中，钢流的柱截面圆心的横坐标为
Figure 83587DEST_PATH_IMAGE057
，根据步骤8中的计算结果，确定图像DIBB中，钢流的柱截面圆心的横坐标为，单位均为像素；
12、   根据步骤10及步骤11中计算的结果，确定图像DIBA及DIBB中，钢流的水平中心线纵坐标均为
Figure 482000DEST_PATH_IMAGE059
，单位为像素；
13、   参照圆柱体体积公式，计算钢流的垂直速度为
Figure 583948DEST_PATH_IMAGE060
，单位米每秒，式中
Figure 825574DEST_PATH_IMAGE061
为单位时间内流出钢水的重量，单位吨每秒，由测重系统测量单位时间间隔内钢包重量变化的差值获得，
Figure 241643DEST_PATH_IMAGE062
为钢水的体密度，为钢流柱直径，通过测量出钢口内径获得，单位米；
14、   根据步骤13的计算结果，计算在采样时间间隔
Figure 95647DEST_PATH_IMAGE006
内，钢流在垂直方向上的移动距离
Figure 437285DEST_PATH_IMAGE064
，单位米，换算为像素单位有
Figure 594728DEST_PATH_IMAGE065
，式中
Figure 702492DEST_PATH_IMAGE066
含义为图像上一个像素点对应的实际物理长度，单位米每像素，该参数由探测器的焦距
Figure 536456DEST_PATH_IMAGE067
，探元尺寸
Figure 362461DEST_PATH_IMAGE068
及安装距离
Figure 117403DEST_PATH_IMAGE069
决定，算式为；
15、   结合步骤7、步骤12及步骤14的计算结果，设定图像DIBA内的考察范围（图2），范围记为符号
Figure 163167DEST_PATH_IMAGE071
，要求范围
Figure 476468DEST_PATH_IMAGE071
内任一点的横坐标
Figure 29241DEST_PATH_IMAGE010
与纵坐标
Figure 49281DEST_PATH_IMAGE011
需同时满足不等式与不等式
Figure 838694DEST_PATH_IMAGE073
，单位像素；
16、   结合步骤8、步骤12及步骤14的计算结果，设定图像DIBB内的考察范围（图2），范围记为符号
Figure 125319DEST_PATH_IMAGE074
，要求范围内任一点的横坐标
Figure 156652DEST_PATH_IMAGE010
与纵坐标
Figure 631496DEST_PATH_IMAGE011
需同时满足不等式与不等式，单位像素；
17、   考察当前图像DIBA内，在范围内的所有像素点，计算范围
Figure 497284DEST_PATH_IMAGE071
内出现的实际钢渣面积，单位平方米，具体操作步骤如下：
17.1、      在图像DIBA内取范围
Figure 302746DEST_PATH_IMAGE071
内任意不重复像素点，记点坐标为
Figure 804266DEST_PATH_IMAGE013
，则点对应灰度值为函数
Figure 738855DEST_PATH_IMAGE009
的值，每取到一点即进行17.2到17.4的步骤后返回本步骤继续取点，若范围
Figure 981093DEST_PATH_IMAGE071
所有像素点均处理完成，即进入步骤17.5；
17.2、      判断该像素点是否为钢渣，考察不等式
Figure 199585DEST_PATH_IMAGE077
，如果成立，则认为点代表钢渣像素点，进入步骤17.3，如果不成立，则认为点代表钢水像素点，进入步骤17.4，不等式中
Figure 872006DEST_PATH_IMAGE078
为一固定灰度值，用以区分钢水钢渣在热图像上表现出的不同灰度值，取纯钢水通过探测器成像后的平均灰度值
Figure 356208DEST_PATH_IMAGE079
与纯钢渣通过探测器成像后的平均灰度值
Figure 77170DEST_PATH_IMAGE080
，则；
17.3、      计算当前钢渣像素点
Figure 8139DEST_PATH_IMAGE013
对应的实际钢渣面积
Figure 917321DEST_PATH_IMAGE082
，分解计算步骤如下：
17.3.1、    由像素比例尺
Figure 504291DEST_PATH_IMAGE066
，及投影关系（图3、图4）可知，像素点对应一个探元的成像，同时对应一段钢流曲面在成像平面上的一个投影，该投影区域为一边长为
Figure 383702DEST_PATH_IMAGE066
的正方形区域；
17.3.2、    过点取钢流圆柱的一个横截面，则成像平面变为成像轴线，点对应的投影区域变为在成像轴线上长度为
Figure 839567DEST_PATH_IMAGE066
的一直线段，点对应的钢流曲面变为长度为
Figure 417179DEST_PATH_IMAGE083
的钢流曲线，长度
Figure 12239DEST_PATH_IMAGE083
在以下步骤中计算；
17.3.3、    取点的横坐标
Figure 135047DEST_PATH_IMAGE010
，根据步骤11计算结果，计算该点对应的投影区域中心到截面圆心的距离为
Figure 268088DEST_PATH_IMAGE084
，单位米；
17.3.4、    考虑点对应投影区域宽度为
Figure 134544DEST_PATH_IMAGE066
，则投影区域左端点到截面圆心的距离为
Figure 914937DEST_PATH_IMAGE085
，单位米；
17.3.5、    考虑点对应投影区域宽度为
Figure 208646DEST_PATH_IMAGE066
，则投影区域右端点到截面圆心的距离为
Figure 828983DEST_PATH_IMAGE086
，单位米；
17.3.6、    取点对应的钢流曲线，曲线上任意一点到截面圆心距离均为
Figure 295868DEST_PATH_IMAGE087
，单位米；
17.3.7、    由步骤17.3.4及17.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线左端点与投影轴线间的夹角
Figure 865521DEST_PATH_IMAGE088
，计算公式为
Figure 592781DEST_PATH_IMAGE089
，单位弧度；
17.3.8、    由步骤17.3.5及17.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线右端点与投影轴线间的夹角，计算公式为，单位弧度；
17.3.9、    由步骤17.3.7与步骤17.3.8的结果可知，对应钢流曲线的弧度夹角为
Figure 332832DEST_PATH_IMAGE092
，单位弧度；
17.3.10、由步骤17.3.6及步骤17.3.9的结果，可计算对应钢流曲线的弧长为
Figure 217611DEST_PATH_IMAGE093
，单位弧度；
17.3.11、由投影关系（图3、图4）可知钢流柱垂直方向上的长度在成像平面上的投影为1：1的比例关系，故可知投影区域对应的钢流曲面高度为投影区域边长
Figure 360011DEST_PATH_IMAGE066
；
17.3.12、根据像素点
Figure 363171DEST_PATH_IMAGE013
代表钢渣信息，并由步骤17.3.10与步骤17.3.11结果，计算对应的实际钢渣面积即为像素点对应的钢流曲面面积，算式为
Figure 907416DEST_PATH_IMAGE094
，单位平方米；
17.4、      当前点为钢水像素点
Figure 963097DEST_PATH_IMAGE013
，则该点对应的实际钢渣面积
Figure 592792DEST_PATH_IMAGE095
；
17.5、      统计范围所有点对应的实际钢渣面积，得到范围
Figure 30836DEST_PATH_IMAGE071
内出现的实际钢渣面积
Figure 85511DEST_PATH_IMAGE076
，统计公式为
Figure 236001DEST_PATH_IMAGE096
，单位平方米；
18、   考察当前图像DIBB内，在范围
Figure 941789DEST_PATH_IMAGE074
内的所有像素点，计算范围
Figure 90005DEST_PATH_IMAGE074
内出现的实际钢渣面积
Figure 881243DEST_PATH_IMAGE097
，单位平方米，具体操作步骤如下：
18.1、  在图像DIBB内取范围内任意不重复像素点，记点坐标为
Figure 149380DEST_PATH_IMAGE013
，则点对应灰度值为函数
Figure 796393DEST_PATH_IMAGE014
的值，每取到一点即进行18.2到18.4的步骤后返回本步骤继续取点，若范围所有像素点均处理完成，即进入步骤18.5；
18.2、  判断该像素点是否为钢渣，考察不等式，如果成立，则认为点代表钢渣像素点，进入步骤18.3，如果不成立，则认为点代表钢水像素点，进入步骤18.4，不等式中
Figure 792141DEST_PATH_IMAGE078
为一固定灰度值，说明见步骤17.2；
18.3、  计算当前钢渣像素点
Figure 610055DEST_PATH_IMAGE013
对应的实际钢渣面积
Figure 861039DEST_PATH_IMAGE099
，分解计算步骤如下：
18.3.1、    由像素比例尺
Figure 343973DEST_PATH_IMAGE066
，及投影关系（图3、图4）可知，像素点
Figure 691909DEST_PATH_IMAGE013
对应一个探元的成像，同时对应一段钢流曲面在成像平面上的一个投影，该投影区域为一边长为
Figure 633056DEST_PATH_IMAGE066
的正方形区域；
18.3.2、    过点取钢流圆柱的一个横截面，则成像平面变为成像轴线，点对应的投影区域变为在成像轴线上长度为的一直线段，点对应的钢流曲面变为长度为
Figure 720278DEST_PATH_IMAGE100
的钢流曲线，长度
Figure 657141DEST_PATH_IMAGE100
在以下步骤中计算；
18.3.3、    取点的横坐标
Figure 816858DEST_PATH_IMAGE010
，根据步骤11计算结果，计算该点对应的投影区域中心到截面圆心的距离为
Figure 39504DEST_PATH_IMAGE101
，单位米；
18.3.4、    考虑点对应投影区域宽度为
Figure 129820DEST_PATH_IMAGE066
，则投影区域左端点到截面圆心的距离为
Figure 124452DEST_PATH_IMAGE102
，单位米；
18.3.5、    考虑点对应投影区域宽度为，则投影区域右端点到截面圆心的距离为
Figure 151631DEST_PATH_IMAGE103
，单位米；
18.3.6、    取点对应的钢流曲线，曲线上任意一点到截面圆心距离均为
Figure 530791DEST_PATH_IMAGE087
，单位米；
18.3.7、    由步骤18.3.4及18.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线左端点与投影轴线间的夹角，计算公式为
Figure 71329DEST_PATH_IMAGE105
，单位弧度；
18.3.8、    由步骤18.3.5及18.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线右端点与投影轴线间的夹角
Figure 333814DEST_PATH_IMAGE106
，计算公式为
Figure 578982DEST_PATH_IMAGE107
，单位弧度；
18.3.9、    由步骤18.3.7与步骤18.3.8的结果可知，对应钢流曲线的弧度夹角为
Figure 531895DEST_PATH_IMAGE108
，单位弧度；
18.3.10、由步骤18.3.6及步骤19.3.9的结果，可计算对应钢流曲线的弧长为
Figure 204316DEST_PATH_IMAGE109
，单位弧度；
18.3.11、由投影关系（图3、图4）可知钢流柱垂直方向上的长度在成像平面上的投影为1：1的比例关系，故可知投影区域对应的钢流曲面高度为投影区域边长
Figure 623271DEST_PATH_IMAGE066
；
18.3.12、根据像素点代表钢渣信息，并由步骤18.3.10与步骤18.3.11结果，计算对应的实际钢渣面积即为像素点对应的钢流曲面面积，算式为，单位平方米；
18.4、  若当前点为钢水像素点，则该点对应的实际钢渣面积
Figure 559948DEST_PATH_IMAGE111
；
18.5、  统计范围
Figure 75813DEST_PATH_IMAGE074
所有点对应的实际钢渣面积
Figure 816367DEST_PATH_IMAGE099
，得到范围
Figure 17541DEST_PATH_IMAGE074
内出现的实际钢渣面积
Figure 476335DEST_PATH_IMAGE097
，统计公式为
Figure 539100DEST_PATH_IMAGE112
，单位平方米；
19、   由步骤17及步骤18的结果，及图像DIBA与图像DIBB的镜面关系计算当前时刻在钢流柱高度范围
Figure 396810DEST_PATH_IMAGE073
内出现实际钢渣面积为，单位平方米，式中
Figure 714976DEST_PATH_IMAGE027
意义为当前时刻为第
Figure 581432DEST_PATH_IMAGE027
次采样统计时刻，
Figure 296578DEST_PATH_IMAGE028
表征本次出钢过程总共发生的采样统计总数，相邻两个采样统计时间间隔为
Figure 839555DEST_PATH_IMAGE006
；
20、   计算当前时刻出现的钢渣重量为
Figure 10292DEST_PATH_IMAGE114
，式中
Figure 680439DEST_PATH_IMAGE115
为钢渣在某一粘度级别下的面密度，单位公斤每平方米，在使用中由用户在现场炼钢结束后根据钢渣粘度等级选定，该参数的获得可通过在出钢后对不同粘度级别的钢渣进行称重，并根据在出钢阶段时所统计对应的在钢流上出现的钢渣面积来测算，计算公式为
Figure 312409DEST_PATH_IMAGE116
，式中
Figure 777019DEST_PATH_IMAGE117
为钢渣称量重量，单位公斤，为出钢阶段钢流上出现的钢渣面积，单位平方米；
本发明达到的有益效果是，通过对转炉出钢过程中，实际钢渣总量的统计，利用钢渣总量的统计结果计算实际需要添加的精炼用铝量，从而解决当前用铝量完全依靠经验估计，而造成的用铝不足或用铝过量的问题，从而达到即降低铝材料消耗，又避免钢水脱氧不足的事故发生的效果。
附图说明
图1 为热像仪A与热像仪B拍摄位置示意图；
图2 为钢流图像内考察范围示意图；
图3 为钢流圆柱曲面与探测器平面投影关系示意图；
图4 为图3过像素点的截面示意图；
图5 为方法的总体处理流程；
图中： 1.转炉，2.钢流，3.钢包，4.热像仪A，5.热像仪B，6.热像仪A到钢流距离，7.热像仪B到钢流距离，8.出钢口，9.钢流水平中线，10.考察范围，11.成像平面，12.一个像素点对应的投影区域，13.点对应的钢流曲面，14.对应钢流曲线的弧度夹角，15.钢流半径，16.成像轴线，17.钢流圆柱截面表面曲线，18.一个像素点对应的投影直线段，19.点对应钢流曲线，20.钢流曲线左端点与成像轴线夹角，21.钢流曲线右端点与成像轴线夹角。
具体实施方式
本发明所依赖的基础原理主要分为三个方面。一、出钢钢流特性；二、图像处理边缘算法之罗伯特算法；三、图像直线识别技术霍夫算法，四、精炼中铝的计算方法；下面将依次介绍。
能够采用本方法进行钢渣统计基于出钢钢流的两方面特性：
其一为出钢钢流的红外辐射特性，钢水钢渣的红外辐射特性研究的是1600℃~1700℃温度条件下，即钢水出钢时需要保持的温度范围内，钢水与钢渣发射率的差异性研究，是使用远红外成像方法能对钢水内钢渣进行有效分辨的物理基础。
发射率，就是实际物体与同温度黑体在相同条件下的辐射能量之比。所谓相同条件是指相同的几何条件（发射辐射面积、测量辐射功率的立体角大小和方向）和光谱条件（测量辐射通量的光谱范围）。由于发射率与测量条件有关，故有几种发射率定义。
半球发射率 ：半球发射率是辐射体单位面积向半球空间发射的辐射能通量（辐射出度）与同温度下黑体的辐射出度之比。
法向发射率： 法向发射率是在辐射表面法线方向上的小立体角内测量的发射率，它是法线方向上的辐射亮度和同温度下黑体的辐射亮度之比。由于红外系统都是探测目标面法线方向上的一个小立体角内的辐射能量，因此法向发射率很重要。
同时发射率根据所测量波段的不同，还分为其中又分为全量和光谱量两种，所谓全量发射率是指所取辐射亮度是全波段下的辐射总亮度，而光谱量发射率是指所取辐射亮度对应于某一个波长的微小波长范围内的辐射亮度，在温度保持不变的条件下，按照波长间隔标记物体的发射率变化过程，即得到该物体的发射率—波长曲线。
对于黑体而言，各种发射率都等于1，而对于实际物体，各种发射率的数值都小于1。当温度条件一致时，发射率是物质的本身特性之一，其发射率—波长曲线形态只与物质本身的组成成分相关。
回到发明研究的具体对象，钢水和钢渣，其中钢水的组成成分基本是纯净的Fe元素，而钢渣的成分相当复杂，主要由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物组成，其中钙、铁、硅的氧化物占绝大部分，通过实验发现，在同样的出钢温度条件下，在人眼可见的光谱范围（
Figure 152298DEST_PATH_IMAGE119
）内，钢水的发射率值在0.8~0.77之间，钢渣的发射率在0.82~0.79之间，非常接近很难区分，所以人眼很难准确的判断钢水中的钢渣，同时使用普通可见光摄像设备拍摄钢流，其钢流内部的细节也会呈现模糊一片无法区分的趋势。而波长在的光谱范围内，钢渣的发射率基本保持不变，在0.8~0.7之间，取0.8，而钢水的发射率发生急剧下降，达到了0.3~0.2之间，取0.2，则钢水与钢渣的发射率比值
Figure 477548DEST_PATH_IMAGE121
接近为1：4的关系，使得使用远红外探测器在
Figure 806899DEST_PATH_IMAGE120
的光谱范围内拍摄到的热图像有着很好的明暗层次分辨率，从而为后继的图像处理提供基本条件。
其二是钢流中钢水与钢渣在流动时的分布特性，经统计，钢水的密度在7到8之间，钢渣的密度一般在3到4之间，这使得在出钢时，较轻的钢渣在压力的作用下会向钢流表面汇集，形成一个近似均匀的覆盖层，因红外探测器无法探测钢流内部的情况，而钢渣的表面汇集特性使得探测器观测到出钢过程中的全部钢渣成为可能。
通过远红外成像系统获得的是出钢钢流在每一个瞬间的热图像，发明的方法必须能够对热图像内的钢流区域以及钢流内的钢渣特征进行准确的跟踪识别，才能够获得稳定的检测效果。解决这个问题，依赖于图像处理中的边缘检测和直线识别两种算法。
方法在进行边缘检测时，考虑钢流与背景之间，钢水与钢渣之间在热图像上的差异性都是非常明显，同时考虑每秒25帧的计算速度的要求，所以选取经典的罗伯特s梯度算法来对边缘进行处理。
设图像上任意一点的灰度值以函数
Figure 881165DEST_PATH_IMAGE122
表示，其中
Figure 112162DEST_PATH_IMAGE123
分别代表图像水平
Figure 246472DEST_PATH_IMAGE124
方向及垂直
Figure 63118DEST_PATH_IMAGE125
方向上的坐标值，则该点在
Figure 613179DEST_PATH_IMAGE126
方向上的差分为：
Figure 11930DEST_PATH_IMAGE127
   ……………………………………（1）
沿着
Figure 504092DEST_PATH_IMAGE124
轴方向成任意夹角方向上的差分相应的可表示为
 …………………………（2）
数字梯度向量为
Figure 225164DEST_PATH_IMAGE130
   …………………………（3）
其幅度，即最大差分值为
Figure 226935DEST_PATH_IMAGE132
 …………………（4）
为方便计算机计算，减少计算量，简化运算式如下
Figure 121728DEST_PATH_IMAGE133
 ……………………（5）
也可以用交叉梯度的近似表达式代替
Figure 495072DEST_PATH_IMAGE036
 ………………（6）
Figure 63456DEST_PATH_IMAGE134
 …………（7）
上式中（5）、（6）、（7）可任选一个作为边缘检测的算子使用。同时对图像进行二值化处理，设
Figure 155040DEST_PATH_IMAGE041
为处理后的图像灰度函数，则
Figure 850595DEST_PATH_IMAGE041
按下式方法获得
Figure 137832DEST_PATH_IMAGE135
 …………………………………………………（8）
式（8）中
Figure 955747DEST_PATH_IMAGE136
代表区分边缘所设置的门限，一般取3~5之间的合适数值。
采用罗伯特s算法处理后的图像成为最基本的线条图像，这些线条勾勒出钢流以及钢渣的位置和形状。要准确的确定钢渣的含量，必须对钢水与钢渣所占据的面积进行统计，而进行准确的统计，必然需要首先判断钢流的空间位置。由于热成像系统是正对钢流进行拍摄的，所以钢流在平面上的形态可以通过一个直角矩形勾勒出来，而钢流区域位置识别以外的线条基本是曲线段，寻找钢流位置的任务就可以描述为寻找两条最长水平线和两条最长垂直线的位置问题。解决图像上寻找曲线的问题，可以采用经典的霍夫变换来实现。
霍夫变换是图像处理中从图像中识别几何形状的基本方法之一。霍夫变换的基本原理在于利用点与线的对偶性，将原始图像空间的给定的曲线通过曲线表达形式变为参数空间的一个点。这样就把原始图像中给定曲线的检测问题转化为寻找参数空间中的峰值问题。也即把检测整体特性转化为检测局部特性。比如直线、椭圆、圆、弧线等。
设已知一黑白图像上画了一条直线，要求出这条直线所在的位置。我们知道，直线的方程表示为
Figure 206731DEST_PATH_IMAGE137
 ………………………………………………………………（9）
其中
Figure 502714DEST_PATH_IMAGE138
和
Figure 37600DEST_PATH_IMAGE139
是参数，分别是斜率和截距。过某一点(x0,y0)的所有直线的参数都会满足方程
Figure 752048DEST_PATH_IMAGE140
 ……………………………………………………………（10）
即点(x0,y0)确定了一族直线。方程（10）在参数k--b平面上是一条直线。这样，图像x--y平面上的一个前景像素点就对应到参数平面上的一条直线。我们举个例子说明解决前面那个问题的原理。设图像上的直线是y=x, 我们先取上面的三个点：A(0,0), B(1,1), C(22)。可以求出，过A点的直线的参数要满足方程b=0, 过B点的直线的参数要满足方程1=k+b, 过C点的直线的参数要满足方程2=2k+b, 这三个方程就对应着参数平面上的三条直线，而这三条直线会相交于一点(k=1,b=0)。 同理，原图像上直线y=x上的其它点(如(3,3),(4,4)等) 对应参数平面上的直线也会通过点(k=1,b=0)。这个性质就为我们解决问题提供了方法，就是把图像平面上的点对应到参数平面上的线，最后通过统计特性来解决问题。假如图像平面上有两条直线，那么最终在参数平面上就会看到两个峰值点，依此类推。简而言之，霍夫变换思想为：在原始图像坐标系下的一个点对应了参数坐标系中的一条直线，同样参数坐标系的一条直线对应了原始坐标系下的一个点，然后，原始坐标系下呈现直线的所有点，它们的斜率和截距是相同的，所以它们在参数坐标系下对应于同一个点。这样在将原始坐标系下的各个点投影到参数坐标系下之后，看参数坐标系下有没有聚集点，这样的聚集点就对应了原始坐标系下的直线。
在实际应用中，如式（9）形式的直线方程没有办法表示x=c形式的直线(这时候，直线的斜率为无穷大)。所以实际应用中，是采用以下参数方程进行替换
Figure 490328DEST_PATH_IMAGE141
  …………………………………………………（11）
这样，图像平面上的一个点就对应到参数
Figure 590002DEST_PATH_IMAGE142
平面上的一条曲线上，直线聚集一点的问题就对应到曲线聚集到一点的问题，处形态不一样外，其它的与直线聚集情况一样。
应用到方法所具体关心的问题中，水平线的方程形式可表示为
Figure 979395DEST_PATH_IMAGE143
 …………………………………………………（12）
相应垂线方程为
Figure 139112DEST_PATH_IMAGE144
 ……………………………………………………（13）
所以寻找最长水平线段与垂线段的问题可以抽象为寻找一个固定角度
Figure 361759DEST_PATH_IMAGE145
所对应的两条最长线段的问题，根据霍夫变换的思想，这个问题可以理解为在
Figure 999544DEST_PATH_IMAGE142
平面上寻找坐标为的聚集点的问题。具体寻找步骤如下：
对通过罗伯特方法处理过的二值图像进行遍历，寻找
Figure 574062DEST_PATH_IMAGE147
的点，其空间位置为
Figure 286934DEST_PATH_IMAGE013
，代入方程（12）与（13），分别求经过该点的水平线和垂线在
Figure 731341DEST_PATH_IMAGE142
平面上的曲径为
Figure 642796DEST_PATH_IMAGE148
，也就是说经过点
Figure 331267DEST_PATH_IMAGE013
的水平线与垂线在
Figure 593752DEST_PATH_IMAGE142
平面上的投影分别是点
Figure 511023DEST_PATH_IMAGE149
与点
Figure 539635DEST_PATH_IMAGE150
，在遍历过程中，统计两类点
Figure 399006DEST_PATH_IMAGE151
，
Figure 696258DEST_PATH_IMAGE152
各自出现的次数，即显示组成直线的线段长度，其中{
Figure 932067DEST_PATH_IMAGE153
|N是二值图像中值为1的点的个数}。取统计数目最多，也即最长的两条平行线纵坐标以及两条垂线横坐标，即判断出垂直流下的钢流在图像上的空间位置。
理想状态下，精炼中铝用量的计算方法如下：
已知铝脱氧的反应式为：
Figure 755798DEST_PATH_IMAGE154
…………………………………………………………（14）
已知铝的原子量为27，氧的原子量为16，则铝用量的计算公式为：
Figure 426268DEST_PATH_IMAGE155
…………………………………………（15）
式中，代表铝的原子量，
Figure 906108DEST_PATH_IMAGE157
为氧的原子量，
Figure 849925DEST_PATH_IMAGE032
为钢水重量，单位吨，
Figure 51099DEST_PATH_IMAGE068
为钢水中含氧百分率，
Figure 509893DEST_PATH_IMAGE158
为计算所需的铝用量，单位公斤。
在理想的铝用量公式基础上，考虑存在钢渣的情况下对原公式（15）进行扩展得到：
Figure 632045DEST_PATH_IMAGE159
………………………………………（16）
式中，
Figure 430368DEST_PATH_IMAGE160
表示钢水中存在的钢渣量，单位公斤，
Figure 615493DEST_PATH_IMAGE161
为每公斤钢渣消耗的铝，单位为公斤每公斤。
检测控制方法：
所发明的基于钢水液位的转炉出钢下渣控制方法，遵循下述过程，达到目标实现的目的。
方法处理需要输入的原始信息有，正面拍摄的转炉出钢的钢流实时热图像
Figure 748534DEST_PATH_IMAGE162
，通过编码器获得的转炉的炉位角度信息
Figure 677307DEST_PATH_IMAGE163
，通过计时器获得的图像采样时间间隔
Figure 333066DEST_PATH_IMAGE006
。
基于钢水液位的转炉出钢下渣控制方法的步骤如下：
1、       通过热像仪A与热像仪B获取当前时刻
Figure 689092DEST_PATH_IMAGE001
的两个热图像样本，分别记为DIBA与DIBB，热像仪A与热像仪B的安装位置成镜面对称，钢流从热像仪A与热像仪B之间垂直穿过（图1），选用热像仪的工作波段需为8~14微米，拍摄速率不小于25帧每秒，输出图像的分辨率记为，式中以
Figure 776314DEST_PATH_IMAGE003
表示图像宽度，
Figure 156086DEST_PATH_IMAGE004
表示图像高度，单位为像素，要求
Figure 683014DEST_PATH_IMAGE003
不小于320，
Figure 790647DEST_PATH_IMAGE004
不小于240，具体采样操作步骤如下：
1.1、  设当前时刻为
Figure 874272DEST_PATH_IMAGE001
，前一次采样时刻为
Figure 485382DEST_PATH_IMAGE005
，考察当前时刻距离前一次采样时刻经过的时间间隔是否达到时间间隔，即判断等式
Figure 520083DEST_PATH_IMAGE007
是否成立，若成立则立即进行步骤1.2，若不成立则等待其成立后进行步骤1.2，以保证采样图像被更新，其中时间间隔
Figure 328770DEST_PATH_IMAGE006
为热像仪拍摄时间间隔，如帧率为25帧每秒的热像仪，其拍摄时间间隔为
Figure 59966DEST_PATH_IMAGE008
毫秒；
1.2、  采集热像仪A所拍摄的当前图像，获得单帧图像记为DIBA，该图像上任一点灰度值函数为
Figure 194275DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 555462DEST_PATH_IMAGE010
为任一点横坐标，
Figure 371102DEST_PATH_IMAGE011
为任一点纵坐标，函数值为
Figure 996436DEST_PATH_IMAGE013
位置上任一点的灰度值，以下涉及的灰度值函数意义均类同；
1.3、  在采集热像仪A所拍摄的图像的同时，采集热像仪B所拍摄的当前图像，图像记为DIBB，图像上任一点灰度值函数为
Figure 113427DEST_PATH_IMAGE014
；
1.4、  获取的图像DIBA与图像DIBB为同一时刻所拍摄到的同一钢流在相对方向上的正反热图像，为当前时刻
Figure 470109DEST_PATH_IMAGE001
的两个热图像样本；
2、       判断当前转炉是否为出钢状态；
2.1、    计算图像DIBA中所有点的灰度值，即为图像DIBA的灰度值总量，计算式为
Figure 386429DEST_PATH_IMAGE016
；
2.2、    计算图像DIBB中所有点的灰度值
Figure 725138DEST_PATH_IMAGE017
，即为图像DIBB的灰度值总量，计算式为；
2.3、    计算两个图像灰度值总量均值，计算式为
Figure 821380DEST_PATH_IMAGE020
；
2.4、    取启动判断灰度值总量均值
Figure 912963DEST_PATH_IMAGE021
，该值为现场标定值，在现场确定转炉出钢时，按照步骤2.1至2.3计算得到一个总量均值
Figure 608518DEST_PATH_IMAGE022
，在现场确定转炉未出钢时，按照步骤2.1至2.3计算得到另一个总量均值，则取
Figure 403352DEST_PATH_IMAGE024
；
2.5、    判断如果不等式
Figure 903603DEST_PATH_IMAGE025
成立，则判断当前转炉为出钢状态，进入步骤5，如果不等式不成立，判断当前转炉为非出钢状态，进入步骤3；
3、       考察时间间隔
Figure 465166DEST_PATH_IMAGE006
以前转炉是否处于出钢状态，如果是，判断当前时刻为转炉出钢完成时刻，统计计算本次出钢出现的钢渣总重量为，单位公斤，式中
Figure 474021DEST_PATH_IMAGE027
意义为当前时刻为第次采样统计时刻，表征本次出钢过程总共发生的采样统计总数，相邻两个采样统计时间间隔为
Figure 698439DEST_PATH_IMAGE006
，进入步骤5，如果否，判断当前为非出钢时刻的延续，返回步骤1；
4、       根据步骤3得到的钢渣重量计算本炉次精炼所需要的铝量为
Figure 858156DEST_PATH_IMAGE029
，输出计算结果
Figure 67420DEST_PATH_IMAGE030
到给料设备控制本炉次精炼所添加的铝量，式中
Figure 970785DEST_PATH_IMAGE031
为每吨钢水的含氧量，由现场化验室根据钢样化验给出相应数据，
Figure 968347DEST_PATH_IMAGE032
为钢水重量，单位吨，由钢包称重系统获得，
Figure 298965DEST_PATH_IMAGE033
为每公斤钢渣消耗的铝量，单位为公斤铝每公斤钢渣，该值取多次实测的平均值，一般使用厂方既有的经验值；
5、       考察时间间隔
Figure 261105DEST_PATH_IMAGE006
以前转炉是否处于非出钢状态，如果是，判断当前时刻为起始钢渣统计时刻，令
Figure 577948DEST_PATH_IMAGE027
=1，完成步骤6到步骤20后返回步骤1，如果否，判断当前时刻为出钢时刻的延续，令
Figure 486474DEST_PATH_IMAGE034
，完成步骤6到步骤20后返回步骤1；
6、       对本次采集的图像DIBA，进行罗伯特边缘计算，DIBA内任一点灰度函数为
Figure 987993DEST_PATH_IMAGE009
，对图像DIBA内所有像素点进行边缘计算，得到边缘图像EDIBA，其任一点灰度函数记为
Figure 984899DEST_PATH_IMAGE035
，式中
Figure 167750DEST_PATH_IMAGE036
为交叉梯度算子，常数5为实验经验值，图像EDIBA中，边缘点灰度值为1，非边缘点灰度值为0；
7、       在边缘图像EDIBA内，找寻钢流的左边界
Figure 190502DEST_PATH_IMAGE037
，及右边界
Figure 49874DEST_PATH_IMAGE038
，单位像素，具体计算步骤如下；
7.1、  建立原始霍夫垂线方程
Figure 534076DEST_PATH_IMAGE039
，方程简化为
Figure 255038DEST_PATH_IMAGE040
；
7.2、  在边缘图像EDIBA中，考察任一点灰度值,若
Figure 171359DEST_PATH_IMAGE042
，考察该点横坐标
Figure 139927DEST_PATH_IMAGE010
，记录该横坐标出现次数，即出现在的垂直线上的边缘点个数（线段长度），依次完成对边缘图像EDIBA内所有像素点的考察；
7.3、  因图像中钢流的左右边缘具有最长的垂线特性，则取对应边缘点数最多的两个横坐标即为钢流的左右边界，其中较小的横坐标为左边界，由式
Figure 871888DEST_PATH_IMAGE045
确定钢流左边界坐标，剩余的横坐标即为右边界，由式确定右边界
8、       根据步骤7的结果，因图像DIBB与DIBA为同一时刻的两幅相对的图像，其各自钢流边缘成镜面对称关系，则图像DIBB的左边界为
Figure 396377DEST_PATH_IMAGE047
，右边界为
Figure 257017DEST_PATH_IMAGE048
，单位像素；
9、       在边缘图像EDIBA内，在钢流左右边界范围内，找寻钢流的上边界
Figure 629092DEST_PATH_IMAGE049
与下边界
Figure 309604DEST_PATH_IMAGE050
，单位像素，具体计算步骤如下；
9.1、        建立霍夫水平线方程，方程简化为
Figure 888276DEST_PATH_IMAGE052
；
9.2、        在边缘图像EDIBA中，考察任一点灰度值
Figure 431253DEST_PATH_IMAGE041
,若
Figure 802322DEST_PATH_IMAGE042
，且横坐标
Figure 269207DEST_PATH_IMAGE010
满足，考察该点纵坐标
Figure 756000DEST_PATH_IMAGE011
，记录该纵坐标出现次数，即出现在
Figure 425752DEST_PATH_IMAGE052
的水平线上的边缘点个数（线段长度），依次完成对边缘图像EDIBA内钢流左右边界范围内所有像素点的考察；
9.3、        因图像中钢流的上下边界范围内，钢流上下边缘具有最长的水平线特性，则取对应边缘点数最多的两个纵坐标
Figure 696327DEST_PATH_IMAGE054
即为钢流的上下边界，其中较小的纵坐标为上边界，由式
Figure 573017DEST_PATH_IMAGE055
确定钢流上边界坐标，剩余的纵坐标即为下边界，由式
Figure 270845DEST_PATH_IMAGE056
确定下边界；
10、   根据步骤9的结果，因图像DIBB与DIBA为同一时刻的两幅相对的图像，其各自钢流边缘成镜面对称关系，则DIBB与DIBA钢流的上下边界一致，上边界为
Figure 350928DEST_PATH_IMAGE049
，下边界为
Figure 612145DEST_PATH_IMAGE050
，单位像素；
11、   根据步骤7中计算结果，确定图像DIBA中，钢流的柱截面圆心的横坐标为
Figure 153460DEST_PATH_IMAGE057
，根据步骤8中的计算结果，确定图像DIBB中，钢流的柱截面圆心的横坐标为
Figure 22190DEST_PATH_IMAGE058
，单位均为像素；
12、   根据步骤10及步骤11中计算的结果，确定图像DIBA及DIBB中，钢流的水平中心线纵坐标均为
Figure 589569DEST_PATH_IMAGE059
，单位为像素；
13、   参照圆柱体体积公式，计算钢流的垂直速度为
Figure 654477DEST_PATH_IMAGE060
，单位米每秒，式中
Figure 53228DEST_PATH_IMAGE061
为单位时间内流出钢水的重量，单位吨每秒，由测重系统测量单位时间间隔内钢包重量变化的差值获得，
Figure 33472DEST_PATH_IMAGE062
为钢水的体密度，
Figure 150464DEST_PATH_IMAGE063
为钢流柱直径，通过测量出钢口内径获得，单位米；
14、   根据步骤13的计算结果，计算在采样时间间隔
Figure 753484DEST_PATH_IMAGE006
内，钢流在垂直方向上的移动距离
Figure 6742DEST_PATH_IMAGE064
，单位米，换算为像素单位有
Figure 420537DEST_PATH_IMAGE065
，式中
Figure 756316DEST_PATH_IMAGE066
含义为图像上一个像素点对应的实际物理长度，单位米每像素，该参数由探测器的焦距
Figure 163026DEST_PATH_IMAGE067
，探元尺寸
Figure 83840DEST_PATH_IMAGE068
及安装距离
Figure 730853DEST_PATH_IMAGE069
决定，算式为
Figure 548069DEST_PATH_IMAGE070
；
15、   结合步骤7、步骤12及步骤14的计算结果，设定图像DIBA内的考察范围（图2），范围记为符号
Figure 492891DEST_PATH_IMAGE071
，要求范围
Figure 533790DEST_PATH_IMAGE071
内任一点的横坐标与纵坐标
Figure 724393DEST_PATH_IMAGE011
需同时满足不等式
Figure 285955DEST_PATH_IMAGE072
与不等式
Figure 243678DEST_PATH_IMAGE073
，单位像素；
16、   结合步骤8、步骤12及步骤14的计算结果，设定图像DIBB内的考察范围（图2），范围记为符号
Figure 173107DEST_PATH_IMAGE074
，要求范围
Figure 973703DEST_PATH_IMAGE074
内任一点的横坐标
Figure 260328DEST_PATH_IMAGE010
与纵坐标
Figure 462771DEST_PATH_IMAGE011
需同时满足不等式
Figure 294592DEST_PATH_IMAGE075
与不等式
Figure 579555DEST_PATH_IMAGE073
，单位像素；
17、   考察当前图像DIBA内，在范围
Figure 482920DEST_PATH_IMAGE071
内的所有像素点，计算范围
Figure 726819DEST_PATH_IMAGE071
内出现的实际钢渣面积
Figure 57438DEST_PATH_IMAGE076
，单位平方米，具体操作步骤如下：
17.1、      在图像DIBA内取范围内任意不重复像素点，记点坐标为
Figure 960856DEST_PATH_IMAGE013
，则点对应灰度值为函数
Figure 324841DEST_PATH_IMAGE009
的值，每取到一点即进行17.2到17.4的步骤后返回本步骤继续取点，若范围
Figure 826361DEST_PATH_IMAGE071
所有像素点均处理完成，即进入步骤17.5；
17.2、      判断该像素点是否为钢渣，考察不等式
Figure 823267DEST_PATH_IMAGE077
，如果成立，则认为点代表钢渣像素点，进入步骤17.3，如果不成立，则认为点代表钢水像素点，进入步骤17.4，不等式中
Figure 6118DEST_PATH_IMAGE078
为一固定灰度值，用以区分钢水钢渣在热图像上表现出的不同灰度值，取纯钢水通过探测器成像后的平均灰度值
Figure 34729DEST_PATH_IMAGE079
与纯钢渣通过探测器成像后的平均灰度值
Figure 894101DEST_PATH_IMAGE080
，则
Figure 315986DEST_PATH_IMAGE081
；
17.3、      计算当前钢渣像素点
Figure 99265DEST_PATH_IMAGE013
对应的实际钢渣面积
Figure 172263DEST_PATH_IMAGE082
，分解计算步骤如下：
17.3.1、    由像素比例尺
Figure 15586DEST_PATH_IMAGE066
，及投影关系（图3、图4）可知，像素点对应一个探元的成像，同时对应一段钢流曲面在成像平面上的一个投影，该投影区域为一边长为
Figure 514667DEST_PATH_IMAGE066
的正方形区域；
17.3.2、    过点取钢流圆柱的一个横截面，则成像平面变为成像轴线，点对应的投影区域变为在成像轴线上长度为
Figure 255221DEST_PATH_IMAGE066
的一直线段，点对应的钢流曲面变为长度为
Figure 456395DEST_PATH_IMAGE083
的钢流曲线，长度
Figure 915189DEST_PATH_IMAGE083
在以下步骤中计算；
17.3.3、    取点的横坐标
Figure 240604DEST_PATH_IMAGE010
，根据步骤11计算结果，计算该点对应的投影区域中心到截面圆心的距离为
Figure 897981DEST_PATH_IMAGE084
，单位米；
17.3.4、    考虑点对应投影区域宽度为，则投影区域左端点到截面圆心的距离为，单位米；
17.3.5、    考虑点对应投影区域宽度为，则投影区域右端点到截面圆心的距离为
Figure 788960DEST_PATH_IMAGE086
，单位米；
17.3.6、    取点对应的钢流曲线，曲线上任意一点到截面圆心距离均为，单位米；
17.3.7、    由步骤17.3.4及17.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线左端点与投影轴线间的夹角
Figure 516056DEST_PATH_IMAGE088
，计算公式为
Figure 169891DEST_PATH_IMAGE089
，单位弧度；
17.3.8、    由步骤17.3.5及17.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线右端点与投影轴线间的夹角
Figure 739544DEST_PATH_IMAGE090
，计算公式为
Figure 466804DEST_PATH_IMAGE091
，单位弧度；
17.3.9、    由步骤17.3.7与步骤17.3.8的结果可知，对应钢流曲线的弧度夹角为
Figure 121908DEST_PATH_IMAGE092
，单位弧度；
17.3.10、由步骤17.3.6及步骤17.3.9的结果，可计算对应钢流曲线的弧长为，单位弧度；
17.3.11、由投影关系（图3、图4）可知钢流柱垂直方向上的长度在成像平面上的投影为1：1的比例关系，故可知投影区域对应的钢流曲面高度为投影区域边长
Figure 269172DEST_PATH_IMAGE066
；
17.3.12、根据像素点
Figure 967001DEST_PATH_IMAGE013
代表钢渣信息，并由步骤17.3.10与步骤17.3.11结果，计算对应的实际钢渣面积即为像素点对应的钢流曲面面积，算式为
Figure 50013DEST_PATH_IMAGE094
，单位平方米；
17.4、      当前点为钢水像素点，则该点对应的实际钢渣面积
Figure 793158DEST_PATH_IMAGE095
；
17.5、      统计范围
Figure 848839DEST_PATH_IMAGE071
所有点对应的实际钢渣面积
Figure 478535DEST_PATH_IMAGE082
，得到范围内出现的实际钢渣面积
Figure 424417DEST_PATH_IMAGE076
，统计公式为
Figure 729628DEST_PATH_IMAGE096
，单位平方米；
18、   考察当前图像DIBB内，在范围内的所有像素点，计算范围
Figure 184060DEST_PATH_IMAGE074
内出现的实际钢渣面积
Figure 702897DEST_PATH_IMAGE097
，单位平方米，具体操作步骤如下：
18.1、  在图像DIBB内取范围
Figure 865761DEST_PATH_IMAGE074
内任意不重复像素点，记点坐标为
Figure 470049DEST_PATH_IMAGE013
，则点对应灰度值为函数
Figure 611181DEST_PATH_IMAGE014
的值，每取到一点即进行18.2到18.4的步骤后返回本步骤继续取点，若范围
Figure 984524DEST_PATH_IMAGE074
所有像素点均处理完成，即进入步骤18.5；
18.2、  判断该像素点是否为钢渣，考察不等式，如果成立，则认为点代表钢渣像素点，进入步骤18.3，如果不成立，则认为点代表钢水像素点，进入步骤18.4，不等式中为一固定灰度值，说明见步骤17.2；
18.3、  计算当前钢渣像素点对应的实际钢渣面积
Figure 564968DEST_PATH_IMAGE099
，分解计算步骤如下：
18.3.1、    由像素比例尺
Figure 320565DEST_PATH_IMAGE066
，及投影关系（图3、图4）可知，像素点
Figure 820817DEST_PATH_IMAGE013
对应一个探元的成像，同时对应一段钢流曲面在成像平面上的一个投影，该投影区域为一边长为
Figure 116800DEST_PATH_IMAGE066
的正方形区域；
18.3.2、    过点取钢流圆柱的一个横截面，则成像平面变为成像轴线，点对应的投影区域变为在成像轴线上长度为
Figure 467666DEST_PATH_IMAGE066
的一直线段，点对应的钢流曲面变为长度为的钢流曲线，长度
Figure 194761DEST_PATH_IMAGE100
在以下步骤中计算；
18.3.3、    取点的横坐标
Figure 481386DEST_PATH_IMAGE010
，根据步骤11计算结果，计算该点对应的投影区域中心到截面圆心的距离为，单位米；
18.3.4、    考虑点对应投影区域宽度为，则投影区域左端点到截面圆心的距离为，单位米；
18.3.5、    考虑点对应投影区域宽度为
Figure 766295DEST_PATH_IMAGE066
，则投影区域右端点到截面圆心的距离为
Figure 823244DEST_PATH_IMAGE103
，单位米；
18.3.6、    取点对应的钢流曲线，曲线上任意一点到截面圆心距离均为
Figure 817177DEST_PATH_IMAGE087
，单位米；
18.3.7、    由步骤18.3.4及18.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线左端点与投影轴线间的夹角
Figure 592366DEST_PATH_IMAGE104
，计算公式为
Figure 33843DEST_PATH_IMAGE105
，单位弧度；
18.3.8、    由步骤18.3.5及18.3.6的结果可计算，点对应钢流曲线右端点与投影轴线间的夹角，计算公式为
Figure 633768DEST_PATH_IMAGE107
，单位弧度；
18.3.9、    由步骤18.3.7与步骤18.3.8的结果可知，对应钢流曲线的弧度夹角为，单位弧度；
18.3.10、由步骤18.3.6及步骤19.3.9的结果，可计算对应钢流曲线的弧长为
Figure 76174DEST_PATH_IMAGE109
，单位弧度；
18.3.11、由投影关系（图3、图4）可知钢流柱垂直方向上的长度在成像平面上的投影为1：1的比例关系，故可知投影区域对应的钢流曲面高度为投影区域边长；
18.3.12、根据像素点代表钢渣信息，并由步骤18.3.10与步骤18.3.11结果，计算对应的实际钢渣面积即为像素点对应的钢流曲面面积，算式为
Figure 185710DEST_PATH_IMAGE110
，单位平方米；
18.4、  若当前点为钢水像素点
Figure 237498DEST_PATH_IMAGE013
，则该点对应的实际钢渣面积
Figure 61229DEST_PATH_IMAGE111
；
18.5、  统计范围
Figure 904551DEST_PATH_IMAGE074
所有点对应的实际钢渣面积
Figure 876049DEST_PATH_IMAGE099
，得到范围内出现的实际钢渣面积
Figure 387595DEST_PATH_IMAGE097
，统计公式为
Figure 339501DEST_PATH_IMAGE112
，单位平方米；
19、   由步骤17及步骤18的结果，及图像DIBA与图像DIBB的镜面关系计算当前时刻在钢流柱高度范围
Figure 798296DEST_PATH_IMAGE073
内出现实际钢渣面积为
Figure 110328DEST_PATH_IMAGE113
，单位平方米，式中
Figure 970968DEST_PATH_IMAGE027
意义为当前时刻为第次采样统计时刻，
Figure 241465DEST_PATH_IMAGE028
表征本次出钢过程总共发生的采样统计总数，相邻两个采样统计时间间隔为
Figure 170238DEST_PATH_IMAGE006
；
20、   计算当前时刻出现的钢渣重量为
Figure 885385DEST_PATH_IMAGE114
，式中为钢渣在某一粘度级别下的面密度，单位公斤每平方米，在使用中由用户在现场炼钢结束后根据钢渣粘度等级选定，该参数的获得可通过在出钢后对不同粘度级别的钢渣进行称重，并根据在出钢阶段时所统计对应的在钢流上出现的钢渣面积来测算，计算公式为
Figure 343971DEST_PATH_IMAGE116
，式中
Figure 263386DEST_PATH_IMAGE117
为钢渣称量重量，单位公斤，
Figure 833039DEST_PATH_IMAGE118
为出钢阶段钢流上出现的钢渣面积，单位平方米。
图1为热像仪A与热像仪B拍摄位置示意图，图中转炉（1），将钢流（2）倾注到钢包（3）中，采用热像仪A（4），与热像仪B（5）在钢流（2）的两侧，相对位置上对钢流（2）进行拍摄，要求热像仪A（4）与热像仪B（5）在同一高度上，其两者轴线在同一直线上，同时保证热像仪A到钢流距离（6），与热像仪B到钢流距离（7）相等，以保证热像仪A（4）的成像DIBA与热像仪B（5）的成像DIBB成镜面对称关系。
图2 为钢流图像内考察范围示意图，图中钢流（2）通过转炉（1）的出钢口（8）流出，钢流（2）的直径近似为出钢口（8）的内径，钢流水平中线（9）中分出钢口（8）到钢包（3）之间的钢流（2），以钢流水平中线（9）为考察范围（10）的中线，考察范围（10）的宽度为钢流直径，考察范围（10）的高度为采样时间内钢流经过的垂直距离。
图3、图4共同表达了钢流圆柱曲面与探测器平面投影关系，图3中，在成像平面（11）上的一个像素点对应的投影区域（12），为点对应的钢流曲面（13）向成像平面（11）上的一个投影，图4为图3过像素点的截面示意图，在钢流圆柱截面上，成像平面（11）投影为成像轴线（16），一个像素点对应的投影区域（12）投影为一个像素点对应的投影直线段（18），点对应钢流曲面（13）投影为点对应钢流曲线（19），对应钢流曲线的弧度夹角（14）为钢流曲线左端点与成像轴线夹角（20）与钢流曲线右端点与成像轴线夹角（21）差的绝对值，方法通过图3，图4表达的投影关系，运用基本几何定律，可将图像内钢流上一个像素点恢复为钢流圆柱面上一段钢流曲面的面积。

Claims (1)

1.一种基于远程红外监测的精炼铝用量控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）通过热像仪A与热像仪B获取当前时刻                                               
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE002
的两个热图像样本，分别记为DIBA与DIBB，热像仪A与热像仪B的安装位置成镜面对称，钢流从热像仪A与热像仪B之间垂直穿过，选用热像仪的工作波段需为8~14微米，拍摄速率不小于25帧每秒，输出图像的分辨率记为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE004
，式中以
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE006
表示图像宽度，
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE008
表示图像高度，单位为像素，要求不小于320，
Figure 600942DEST_PATH_IMAGE008
不小于240；
（2）判断当前转炉是否为出钢状态，包括以下子步骤；
（3）考察时间间隔以前转炉是否处于出钢状态，如果是，判断当前时刻为转炉出钢完成时刻，统计计算本次出钢出现的钢渣总重量为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE012
，单位公斤，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE014
意义为当前时刻为第次采样统计时刻，
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE016
表征本次出钢过程总共发生的采样统计总数，相邻两个采样统计时间间隔为
Figure 342382DEST_PATH_IMAGE010
，进入步骤5，如果否，判断当前为非出钢时刻的延续，返回步骤1；
（4）根据步骤3得到的钢渣重量计算本炉次精炼所需要的铝量为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE018
，输出计算结果
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE020
到给料设备控制本炉次精炼所添加的铝量，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE022
为每吨钢水的含氧量，由现场化验室根据钢样化验给出相应数据，
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE024
为钢水重量，单位吨，由钢包称重系统获得，为每公斤钢渣消耗的铝量，单位为公斤铝每公斤钢渣，该值取多次实测的平均值，一般使用厂方既有的经验值；
（5）考察时间间隔
Figure 47908DEST_PATH_IMAGE010
以前转炉是否处于非出钢状态，如果是，判断当前时刻为起始钢渣统计时刻，令
Figure 99040DEST_PATH_IMAGE014
=1，完成步骤6到步骤20后返回步骤1，如果否，判断当前时刻为出钢时刻的延续，令
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE028
，完成步骤6到步骤20后返回步骤1；
（6）对本次采集的图像DIBA，进行罗伯特边缘计算，DIBA内任一点灰度函数为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE030
，对图像DIBA内所有像素点进行边缘计算，得到边缘图像EDIBA，其任一点灰度函数记为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE032
，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE034
为交叉梯度算子，常数5为实验经验值，图像EDIBA中，边缘点灰度值为1，非边缘点灰度值为0；
（7）在边缘图像EDIBA内，找寻钢流的左边界
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE036
，及右边界，单位像素；
（8）根据步骤7的结果，因图像DIBB与DIBA为同一时刻的两幅相对的图像，其各自钢流边缘成镜面对称关系，则图像DIBB的左边界为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE040
，右边界为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE042
，单位像素；
在边缘图像EDIBA内，在钢流左右边界范围内，找寻钢流的上边界
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE044
与下边界
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE046
，单位像素；
（10）根据步骤9的结果，因图像DIBB与DIBA为同一时刻的两幅相对的图像，其各自钢流边缘成镜面对称关系，则DIBB与DIBA钢流的上下边界一致，上边界为，下边界为
Figure 126875DEST_PATH_IMAGE046
，单位像素；
（11）根据步骤7中计算结果，确定图像DIBA中，钢流的柱截面圆心的横坐标为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE048
，根据步骤8中的计算结果，确定图像DIBB中，钢流的柱截面圆心的横坐标为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE050
，单位均为像素；
（12）根据步骤10及步骤11中计算的结果，确定图像DIBA及DIBB中，钢流的水平中心线纵坐标均为，单位为像素；
（13）参照圆柱体体积公式，计算钢流的垂直速度为，单位米每秒，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE056
为单位时间内流出钢水的重量，单位吨每秒，由测重系统测量单位时间间隔内钢包重量变化的差值获得，
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE058
为钢水的体密度，
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE060
为钢流柱直径，通过测量出钢口内径获得，单位米；
（14）根据步骤13的计算结果，计算在采样时间间隔
Figure 32381DEST_PATH_IMAGE010
内，钢流在垂直方向上的移动距离
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE062
，单位米，换算为像素单位有，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE066
含义为图像上一个像素点对应的实际物理长度，单位米每像素，该参数由探测器的焦距
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE068
，探元尺寸
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE070
及安装距离
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE072
决定，算式为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE074
；
（15）结合步骤7、步骤12及步骤14的计算结果，设定图像DIBA内的考察范围（图2），范围记为符号
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE076
，要求范围
Figure 427984DEST_PATH_IMAGE076
内任一点的横坐标与纵坐标
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE080
需同时满足不等式
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE082
与不等式，单位像素；
（16）结合步骤8、步骤12及步骤14的计算结果，设定图像DIBB内的考察范围（图2），范围记为符号
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE086
，要求范围内任一点的横坐标
Figure 367045DEST_PATH_IMAGE078
与纵坐标
Figure 486310DEST_PATH_IMAGE080
需同时满足不等式
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE088
与不等式
Figure 567661DEST_PATH_IMAGE084
，单位像素；
（17）考察当前图像DIBA内，在范围内的所有像素点，计算范围
Figure 892649DEST_PATH_IMAGE076
内出现的实际钢渣面积
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE090
，单位平方米；
（18）考察当前图像DIBB内，在范围
Figure 811627DEST_PATH_IMAGE086
内的所有像素点，计算范围
Figure 624731DEST_PATH_IMAGE086
内出现的实际钢渣面积
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE092
，单位平方米，；
（19）由步骤17及步骤18的结果，及图像DIBA与图像DIBB的镜面关系计算当前时刻在钢流柱高度范围内出现实际钢渣面积为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE094
，单位平方米，式中
Figure 866805DEST_PATH_IMAGE014
意义为当前时刻为第
Figure 960663DEST_PATH_IMAGE014
次采样统计时刻，
Figure 443203DEST_PATH_IMAGE016
表征本次出钢过程总共发生的采样统计总数，相邻两个采样统计时间间隔为
Figure 989722DEST_PATH_IMAGE010
；
（20）计算当前时刻出现的钢渣重量为，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE098
为钢渣在某一粘度级别下的面密度，单位公斤每平方米，在使用中由用户在现场炼钢结束后根据钢渣粘度等级选定，该参数的获得可通过在出钢后对不同粘度级别的钢渣进行称重，并根据在出钢阶段时所统计对应的在钢流上出现的钢渣面积来测算，计算公式为
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE100
，式中
Figure 2011100511094100001DEST_PATH_IMAGE102
为钢渣称量重量，单位公斤，为出钢阶段钢流上出现的钢渣面积，单位平方米。
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