CN105807795B - 基于视频图像处理的eb炉钛液液位监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统及方法，包括视频信号采集单元、视频信号处理与计算模块以及PLC控制器。首先获取钛液图像信号，将视频分割为单独的图像帧，将彩色图像转换为亮度图像，再设置一定数量的触控点以及亮度阈值，以调节视频监控的灵敏度，提高对环境的适应能力；然后通过判断超过亮度阈值和疑似点个数超范围，进而发送拉锭信号至PLC控制器，PLC控制器再驱动电机变频器，达到降低钛液的目的。本发明实现对EB炉熔池的钛液液位进行自动、实时、精确监控，使得液位保持在指定的范围之内，能够在液位高出限定界限后向PLC发出拉锭信号，进而有效避免因钛液溢出而引发的产品和安全问题。

Description

基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统及方法，属于冶金自动化技术领域。
背景技术
EB炉是钛和钛合金铸锭最先进的生产设备，目前能够生产EB炉的设备仅限美国、德国、乌克兰。熔池钛液液位监控是一项重要的技术，在结晶器海绵钛被电子枪扫描融化后，液体钛流入下端的熔池内，为了防止钛液外溢出熔池，需要保证钛液液位保持一定的水平范围。
由于熔池内为高温环境，且钛液边界为一个连续的长方形，温度检测可用于高温液态体的测量。一般的接触式测温只针对点式测量，难以实现对液位的准确检测。红外、亮度等非接触式测温在钛液检测中存在较大干扰，钛液周围环境的热辐射使得钛液界面不明显。除此之外，检测仪器要长期工作在高温、腐蚀性环境中，使用和维护成本较高。
发明内容
为解决EB炉熔池液位升高溢出的问题，本发明提出一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统及方法，利用图像识别技术实现对EB炉钛液液位的实时、连续、准确控制，使得液位保持在指定的范围之内。
本发明通过下列技术方案实现：一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，包括视频信号采集单元、视频信号处理与计算模块以及PLC控制器：
视频信号采集单元用于实时拍摄炉内钛液液位，并将拍摄的视频信号存储并传输至视频信号处理与计算模块；
视频信号处理与计算模块中预设钛液上限的基准线、触控点个数、触控点个数的阈值以及亮度阈值，该模块用于将视频信号分割为单独的彩色图像帧，再将彩色图像处理得到亮度图像，然后将亮度图像中待测点的亮度与预设的亮度阈值做对比，当待测点的亮度大于亮度阈值时，将该点记录为疑似点，当疑似点的个数大于触控点个数的阈值时，发送信号至PLC控制器；
PLC控制器用于发出指令驱动电机变频器。
所述视频信号采集单元包括摄像头、存储器及信号传输器。
所述PLC控制器还与电机变频器连接，通过电机变频器实现降低钛液的操作。
本发明的另一目的在于提供一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控方法，经过下列各步骤：
(1)通过摄像头从不同位置和角度获取钛液液位的图像信息，图像信息包括色度、亮度、饱和度以及焦距、帧速率等，最终得到视频信号；
(2)将步骤(1)的视频信号分割为单独的彩色图像帧，由于钛液与周围物体的亮度差异较为明显，因此根据Gray＝R×0.299+G×0.587+B×0.114对彩色图像处理得到亮度图像；其中，式中R表示图像的红色分量、G表示图像的绿色分量、B表示图像的蓝色分量；
(3)预设若干离散像素点位置作为触控点勾勒出钛液上限的基准线，设N表示预设的触控点个数，T表示触控点个数的阈值；T值的确定是根据实际运行的状态进行调整，以适应EB炉需求，T值的取值范围为0～N；由于钛液辐射以及熔池壁反光等影响，会使钛液与周围物体亮度分界值不固定，为了区分钛液与非钛液区域，因此需要判断亮度值，预设触控点的亮度阈值为TC，TC值取值范围为0～255；
(4)将步骤(2)所得亮度图像中待测点的亮度Bi与步骤(3)的亮度阈值TC做对比，当待测点的亮度Bi大于TC时，将该点记录为疑似点；设Pi为第i个待测点，其亮度为Bi，C为疑似点的个数，则：
即当疑似点个数大于触控点个数的阈值T时，发送信号至PLC控制器，由PLC控制器再发出指令驱动电机变频器，完成降低钛液液位，否则继续监测。
本发明具备的优点及效果：针对EB炉熔池液位升高溢出问题，本发明借用人眼对液位的识别能力，能够分辨出槽体边缘和钛液边缘，通过隔离保护的炉内内窥镜获取钛液视频图像，通过可自定义的边界点结合图像计算，对液位进行快速、有效、连续监控，故设计一种实时视频图像监控系统。首先获取钛液图像信号，将视频分割为单独的图像帧，将彩色图像转换为亮度图像，再设置一定数量的触控点以及亮度阈值，以调节视频监控的灵敏度，提高对环境的适应能力；然后通过判断超过亮度阈值和疑似点个数超范围，进而发送拉锭信号至PLC控制器，PLC控制器再驱动电机变频器，达到降低钛液的目的。本发明利用视频图像处理技术实现对EB炉熔池的钛液液位进行自动、实时、精确监控，使得液位保持在指定的范围之内，能够在液位高出限定界限后向PLC发出拉锭信号，实现降低液位的目的，进而有效避免因钛液溢出而引发的产品和安全问题。
附图说明
图1为本发明基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统的结构示意图；
图2为本发明基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的实例在附图中示出。具体实施方式仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1，基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统包括视频信号采集单元1、视频信号处理与计算模块2以及PLC控制器3；所述视频信号采集单元1包括摄像头、存储器及信号传输器；PLC控制器3还与电机变频器4连接，通过电机变频器4实现降低钛液的操作：
视频信号采集单元1用于实时拍摄炉内钛液液位，并将拍摄的视频信号存储并传输至视频信号处理与计算模块2；
视频信号处理与计算模块2中预设钛液上限的基准线、触控点个数、触控点个数的阈值以及亮度阈值为，该模块用于将视频信号分割为单独的彩色图像帧，再将彩色图像处理得到亮度图像，然后将亮度图像中待测点的亮度与预设的亮度阈值做对比，当待测点的亮度大于亮度阈值时，将该点记录为疑似点，当疑似点的个数大于触控点个数的阈值时，发送信号至PLC控制器3；
PLC控制器3用于发出指令驱动电机变频器4。
如图2，基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控方法，经过下列各步骤：
(1)通过摄像头(海康威视DS-FB4012型)从不同位置和角度获取钛液液位的图像信息，图像信息包括色度、亮度、饱和度以及焦距、帧速率等，最终得到视频信号；
(2)将步骤(1)的视频信号分割为单独的彩色图像帧，由于钛液与周围物体的亮度差异较为明显，因此根据Gray＝R×0.299+G×0.587+B×0.114对彩色图像处理得到亮度图像；其中，式中R表示图像的红色分量、G表示图像的绿色分量、B表示图像的蓝色分量；
(3)预设11个离散像素点位置作为触控点勾勒出钛液上限的基准线，设N表示预设的触控点个数为11，T表示触控点个数的阈值为7；预设触控点的亮度阈值为TC，TC值取80；
(4)将步骤(2)所得亮度图像中待测点的亮度Bi与步骤(3)的亮度阈值TC做对比，待测点的亮度Bi为92大于TC，将该点记录为疑似点；以此类推，在亮度图像中取多个待测点进行判断，疑似点个数为8个；则：
即当疑似点个数大于触控点个数的阈值T时，发送信号至PLC控制器，由PLC控制器再发出指令驱动电机变频器，完成降低钛液液位。
降低钛液液位后，重复上述步骤进行实时监测。

Claims (4)

1.一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，其特征在于包括视频信号采集单元、视频信号处理与计算模块以及PLC控制器：
视频信号采集单元用于实时拍摄炉内钛液液位，并将拍摄的视频信号存储并传输至视频信号处理与计算模块；
视频信号处理与计算模块中预设钛液上限的基准线、触控点个数、触控点个数的阈值以及亮度阈值，该模块用于将视频信号分割为单独的彩色图像帧，再将彩色图像处理得到亮度图像，然后将亮度图像中待测点的亮度与预设的亮度阈值做对比，当待测点的亮度大于亮度阈值时，将该点记录为疑似点，当疑似点的个数大于触控点个数的阈值时，发送信号至PLC控制器；
PLC控制器用于发出指令驱动电机变频器。
2.根据权利要求1所述的基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，其特征在于：所述视频信号采集单元包括摄像头、存储器及信号传输器。
3.根据权利要求1所述的基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，其特征在于：所述PLC控制器还与电机变频器连接。
4.一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控方法，其特征在于经过下列各步骤：
(1)通过摄像头从不同位置和角度获取钛液液位的图像信息，最终得到视频信号；
(2)将步骤(1)的视频信号分割为单独的彩色图像帧，根据Gray＝R×0.299+G×0.587+B×0.114对彩色图像处理得到亮度图像；其中，式中R表示图像的红色分量、G表示图像的绿色分量、B表示图像的蓝色分量；
(3)预设若干离散像素点位置作为触控点勾勒出钛液上限的基准线，设N表示预设的触控点个数，T表示触控点个数的阈值；T值的取值范围为0～N；预设触控点的亮度阈值为TC，TC值取值范围为0～255；
(4)将步骤(2)所得亮度图像中待测点的亮度Bi与步骤(3)的亮度阈值TC做对比，当待测点的亮度Bi大于TC时，将该点记录为疑似点；设Pi为第i个待测点，其亮度为Bi，C为疑似点的个数，则：
即当疑似点个数大于触控点个数的阈值T时，发送信号至PLC控制器，由PLC控制器再发出指令驱动电机变频器，完成降低钛液液位，否则继续监测。
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