CN110918973A - 一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，其特点是，包括：结晶器铜板温度速率热成像、铸坯黏结异常区域游程段搜索、伪黏结异常区域快速剔除和游程段连通性判断与标记等步骤，能够将游程连通判定方法与黏结区域检测相结合，利用黏结区域具有连续性、包含性的特点，采用游程段连通性进行判定。具有科学合理，适用性强，效果佳，执行速度快，且减少了存储空间以及算法的运算量，能够实现对黏结区域快速、准确标记，满足漏钢在线检测的需求。特别适用于板坯、圆坯的铸坯异常区域快速标记。

Description

一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法
技术领域
本发明公开了一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，属于钢铁冶金连铸技术领域。
背景技术
在钢铁冶金连铸技术领域中，漏钢仍然是困扰连铸作业安全性、稳定性的主要问题。黏结漏钢是漏钢的主要形式，且其他类型漏钢也伴随着黏结现象，因而主要开发针对黏结漏钢的预报技术，采用降拉速处理，避免漏钢事故的发生。
目前，国内外漏钢预报系统主要是通过检测铜板温度，捕捉黏结发生和传播过程中的信号突变或典型模式，对漏钢事故进行在线预报。借助一维温度曲线特征，在识别典型的“滞后”与“倒置”模式的基础上，开发结晶器漏钢预报系统，为预防漏钢事故、保障连铸顺行发挥了重要积极作用。然而，这种基于一维温度时序特征的漏钢识别和预测方法，在近年的生产实践中逐渐暴露出一些不足，主要表现为漏报时有发生，以及普遍存在的频繁误报等问题。主要原因是连铸漏钢形成、发展过程具有空间和时间传播特征，一维温度时序趋势难以捕捉黏结裂口空间形貌和动态演化规律。热像图可以使结晶器铜板温度呈现二维空间分布，为漏钢空间-时序特征检测提供了重要条件。然而，随着铜板温度数据的大量增加，反复的迭代计算，使漏钢检测计算时间大量增加，难以满足漏钢在线检测的需要，亟需一种快速、准确的漏钢检测方法。
专利文件CN108580827公开了名称为“一种基于凝聚层次聚类预报结晶器漏钢的方法”，该方法通过从黏结漏钢样本集和正常工况样本集中各自随机选取等量样本，与在线实测温度样本构成随机样本集，并实施层次聚类，之后，检测在线实测温度样本是否属于黏结漏钢类簇，识别和预报漏钢，该方法不需要人为定义参数，可以有效提高漏钢识别准确率，然而在实际生产过程中，结晶器温度曲线受保护渣性能、液位波动、钢水流动等因素影响，经常会出现较大的温度波动，使模型误报警明显增加。
专利文件CN108469313公开了名称为“一种基于元胞自动机的连铸结晶器铜板温度异常区域检测方法”，该方法利用当前元胞与临域元胞温度状态判断区域连通性，快速检测结晶器黏结、裂纹等异常热点、冷点区域及其边界。该方法可以在提高结晶器黏结的检测速度，然而，该方法未考虑热像图中异常区域的包含特性，当热像图中温度上升的异常区域较多时，难以满足在线检测要求。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提出一种科学合理，适用性强，效果佳的基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，所述方法将游程连通判定方法与异常区域检测相结合，利用黏结区域具有连续性、包含性的特点，对黏结区域实施快速、准确标记，满足漏钢在线检测的需求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，其特征是，它包括以下步骤：
1)结晶器铜板温度速率热成像
①基于在线检测的结晶器热电偶温度数据，甄别温度数据异常情况，建立结晶器内铸坯黏结样本数据库；
②基于结晶器黏结样本的热电偶温度，通过插值计算出非电偶测点处温度，计算四块铜板的温度速率G[x,y]；
③根据温度速率与颜色对应关系，绘制结晶器铜板温度速率热像图，可视化呈现结晶器内黏结异常区域；
2)铸坯黏结异常区域游程段搜索
①从左至右，从上至下，对热像图中各行温度速率像素点进行遍历；
②若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且前一个像素点(x-1,y)温度速率小于0，则该像素点为游程起始点S，继续对下一个像素点进行判断；
③若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且下一个像素点(x+1,y)温度速率小于0，则当前像素点为游程终止点E；
④若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于温度速率最大值Gmax，则将温度速率G[x,y]赋值给Gmax，并记录此时像素点位置Pmax(x,y)；
⑤直至黏结异常区域图像遍历完成，即能够得到每行游程段的起始点和终止点，Gmax保存当前图像最大的温度速率值；
3)伪黏结异常区域快速剔除
①若温度速率Gmax小于Tmax，则判定当前热像图不存在黏结；
②若温度速率Gmax大于Tmax，则从像素点位置Pmax(x,y)位置处进行连通性判断；
4)游程段连通性判断与标记
①对温度速率Gmax所在行的游程段进行标记，初始标记号为L；
②根据黏结区域连续性，对当前y行游程段与y-1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y-1行的其他游程段继续进行判断，直至y-1行游程段全部判断完成；
[y].S≤[y-1].E+1 (1)
[y].E≥[y-1].S-1 (2)
③对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y-1行转换为当前游程段，继续进行判断；
④重复4)步骤的②和③操作步骤，直至上部黏结异常区域标记完成；
⑤对温度速率Gmax所在当前y行游程段与y+1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y+1行的其他游程段继续进行判断，直至y+1行游程段全部判断完成；
⑥对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y+1行转换为当前游程段；
⑦重复操作4)步骤的⑤和⑥，直至下部黏结异常区域标记完成。
所述Gmax是当前时刻热像图的温度速率最大值，其初始值设定为0；Pmax(x,y)是温度速率最大值Gmax的像素所在位置；Tmax是判断当前时刻热像图是否存在黏结的阈值，其设定为0.85℃/s，若Gmax小于Tmax阈值，则认为不存在黏结，若Gmax大于Tmax阈值，则认为存在黏结；L为黏结异常区域标记号，其设定值为1。
所述根据黏结区域连续性，若当前y行游程段与y-1行游程段满足式(3)、式(4)，说明黏结异常的y-1行被包含，则可以不判断y行其他游程段与y-1行的连通性，直接进行4)步骤③继续进行判断；
[y].S≤[y-1].S (3)
[y].E≥[y-1].E (4)。
所述根据黏结区域连续性，若当前y行游程段与y+1行游程段满足式(5)、式(6)，说明黏结异常的y+1行被包含，则可以不判断y行其他游程段与y+1行的连通性，直接进行4)步骤⑥将y+1行转换为当前游程段；
[y].S≤[y+1].S (5)
[y].E≥[y+1].E (6)。
本发明一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，将游程连通判定方法与黏结区域检测相结合，利用黏结区域具有连续性、包含性的特点，采用游程段连通性判定方法，具有科学合理，适用性强，效果佳，执行速度快，且减少了存储空间以及算法的运算量，能够实现对黏结区域快速、准确标记，满足漏钢在线检测的需求。特别适用于板坯、圆坯的铸坯异常区域快速标记。
附图说明
图1是一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法流程图；
图2是未标记的结晶器温度速率热像图；
图3是当前游程段连通示意图；
图4是当前游程段与上下游程段连通示意图；
图5是连通段标记后示意图；
图6是上下游程段被包含示意图；
图7是游程段标记的温度速率热像图。
图中：1、大面积异常区域，2、标记黏结区域。
具体实施方式
本发明的一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，包括以下步骤：
1)结晶器铜板温度速率热成像
①基于在线检测的结晶器热电偶温度数据，甄别温度数据异常情况，建立结晶器内铸坯黏结样本数据库；
②基于结晶器黏结样本的热电偶温度，通过插值计算出非电偶测点处温度，计算四块铜板的温度速率G[x,y]；
③根据温度速率与颜色对应关系，绘制结晶器铜板温度速率热像图，可视化呈现结晶器内黏结异常区域；
2)铸坯黏结异常区域游程段搜索
①从左至右，从上至下，对热像图中各行温度速率像素点进行遍历；
②若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且前一个像素点(x-1,y)温度速率小于0，则该像素点为游程起始点S，继续对下一个像素点进行判断；
③若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且下一个像素点(x+1,y)温度速率小于0，则当前像素点为游程终止点E；
④若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于Gmax，则将温度速率G[x,y]赋值给Gmax，并记录此时像素点位置Pmax(x,y)；
⑤直至黏结异常区域图像遍历完成，即能够得到每行游程段的起始点和终止点，Gmax保存当前图像最大的温度速率值；
3)伪黏结异常区域快速剔除
①若温度速率Gmax小于Tmax，则判定当前热像图不存在黏结；
②若温度速率Gmax大于Tmax，则从像素点位置Pmax(x,y)位置处进行连通性判断；
4)游程段连通性判断与标记
①对温度速率Gmax所在行的游程段进行标记，初始标记号为L；
②根据黏结区域连续性，对当前y行游程段与y-1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y-1行的其他游程段继续进行判断，直至y-1行游程段全部判断完成；
[y].S≤[y-1].E+1 (1)
[y].E≥[y-1].S-1 (2)
③对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y-1行转换为当前游程段，继续进行判断；
④重复4)步骤的②和③操作步骤，直至上部黏结异常区域标记完成；
⑤对温度速率Gmax所在当前y行游程段与y+1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y+1行的其他游程段继续进行判断，直至y+1行游程段全部判断完成；
⑥对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y+1行转换为当前游程段；
⑦重复操作4)步骤的⑤和⑥，直至下部黏结异常区域标记完成。
所述Gmax是当前时刻热像图的温度速率最大值，其初始值设定为0；Pmax(x,y)是温度速率最大值Gmax的像素所在位置；Tmax是判断当前时刻热像图是否存在黏结的阈值，其设定为0.85℃/s，若Gmax小于Tmax阈值，则认为不存在黏结，若Gmax大于Tmax阈值，则认为存在黏结；L为黏结异常区域标记号，其设定值为1。
所述根据黏结区域连续性，若当前y行游程段与y-1行游程段满足式(3)、式(4)，说明黏结异常的y-1行被包含，则可以不判断y行其他游程段与y-1行的连通性，直接进行4)步骤③继续进行判断；
[y].S≤[y-1].S (3)
[y].E≥[y-1].E (4)。
所述根据黏结区域连续性，若当前y行游程段与y+1行游程段满足式(5)、式(6)，说明黏结异常的y+1行被包含，则可以不判断y行其他游程段与y+1行的连通性，直接进行4)步骤⑥将y+1行转换为当前游程段；
[y].S≤[y+1].S (5)
[y].E≥[y+1].E (6)。
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
如图1所示，本实施例的一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，包括：以下步骤：
第一步骤、结晶器铜板温度速率热成像
①将结晶器热电偶检测到的温度信号进行预处理，消除热电偶故障或电磁干扰引起的温度异常，若热电偶被判定为异常，将其状态设置为FALSE，将所有状态为FALSE的热电偶重新赋值。由于横向温度分布差异相对较小，因此，可将临近热电偶的温度均值赋给状态为FALSE的热电偶。
②将热电偶检测到的实测温度数据进行纵向、横向插值，获取结晶器铜板非测点位置的温度值，计算四块结晶器铜板温度速率，并存储在二维数组G[x,y]。其中，外弧宽面和内弧宽面横向坐标x索引值为0～299，第一窄面和第二窄面横向坐标x索引值为0～39；在浇铸方向上，外弧宽面、内弧宽面、第一窄面和第二窄面的纵向坐标索引相同，均为0～99。
③将四块铜板温度速率G[x,y]数组，按照预先设定的温度速率-颜色对应关系，绘制结晶器铜板速率热像图。结晶器热像图显示频率为1帧/秒，满足现场对结晶器内温度监测的实时性要求。
④根据浇注报警记录和现场铸坯黏结跟踪，确定结晶器内铸坯黏结实例，采用结晶器铜板温度速率热成像方法，获取铸坯黏结缺陷图像。
图2是未标记的结晶器温度速率热像图。操作人员根据铜板热像图变化情况，判断结晶器温度是否存在异常，如图中的大面积异常区域1。
第二步骤、铸坯黏结异常区域游程段搜索
①从左至右，从上至下，对热像图中各行温度速率像素点进行遍历；
②若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且像素点(x-1,y)温度速率小于0，则该像素点为游程起始点S，继续对下一个像素点进行判断；
③若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且下一个像素点(x+1,y)温度速率小于0，则当前像素点为游程终止点E；
④若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，则将温度速率G[x,y]赋值给Gmax，并记录此时像素点位置Pmax(x,y)；
⑤直至黏结异常区域图像遍历完成，即可得到每行游程段的起始点和终止点，Gmax保存当前图像最大的温度速率值；
图3是当前游程段标记示意图，通过上述异常区域游程段搜索算法，将温度速率大于0的像素游程段进行标记，游程起始点和终止点分别为S和E。同时，在一次遍历过程中，记录了温度速率最大值Gmax和对应像素点位置Pmax(x,y)，图2中大面积异常区域1的温度速率最大值为1.42℃/s，温度速率最大值像素点位置为(38,42)。
第三步骤、伪黏结异常区域快速剔除
①若温度速率Gmax小于0.85℃/s，则判定当前热像图不存在黏结；
②若温度速率Gmax大于0.85℃/s，则从像素点位置Pmax(x,y)位置处进行连通性判断；
本实施例中，对图2中大面积异常区域1存在温度速率大于0.85℃/s像素点，因此，从该位置(38,42)处像素点进行连通性判断，此过程可以减少伪黏结异常区域干扰，减少后续异常区域标记数量。
第四步骤、游程段连通性判断与标记
①对温度速率Gmax所在行的游程段进行标记，初始标记号为L；
②根据黏结区域连续性，对当前y行游程段与y-1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，即[y].S≤[y-1].E+1和[y].E≥[y-1].S-1时，则判定为连通，对y-1行的其他游程段继续进行判断，直至y-1行游程段全部判断完成；
③对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y-1行转换为当前游程段，继续进行判断；
④重复第四步骤的②和③操作，直至上部黏结异常区域标记完成；
⑤对温度速率Gmax所在当前y行游程段与y+1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y+1行的其他游程段继续进行判断，直至y+1行游程段全部判断完成；
⑥对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y+1行转换为当前游程段；
⑦重复第四步骤的⑤和⑥操作，直至下部黏结异常区域标记完成；
图4是当前游程段与上下段连通示意图，根据上述方法，首先，判断当前y行游程段与y-1行的游程段连通性，满足式(1)和式(2)，则判定为连通，赋予相同标号1，之后，判断当前y行游程段与y+1行的游程段连通性，满足式(1)和式(2)，则判定为连通，赋予相同标号1，标记后如图5所示。
图6是上下游程段被包含示意图，y-1行和y+1行游程段被第y行游程段包含。值得注意的是温度异常区域普遍存在包含特性，即当前y行游程段与y-1行游程段满足式(3)、式(4)，可以不判断y行其他游程段与y-1行的连通性，直接进行四步骤③操作；同时，当前y行游程段与y+1行游程段满足式(5)、式(6)，则可以不判断y行其他游程段与y+1行的连通性，直接进行四步骤的⑥操作。
图7是游程段标记的温度速率热像图，区域2即为标记后的黏结区域。由于实际生产过程中，结晶器温度受钢水流动、保护渣性能等影响较大，温度大幅度波动是一种常见现象，该方法可以极大地减少连通区域标记时间，为利用结晶器热像图在线检测漏钢奠定基础。
本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，其特征是，它包括以下步骤：
1)结晶器铜板温度速率热成像
①基于在线检测的结晶器热电偶温度数据，甄别温度数据异常情况，建立结晶器内铸坯黏结样本数据库；
②基于结晶器黏结样本的热电偶温度，通过插值计算出非电偶测点处温度，计算四块铜板的温度速率G[x,y]；
③根据温度速率与颜色对应关系，绘制结晶器铜板温度速率热像图，可视化呈现结晶器内黏结异常区域；
2)铸坯黏结异常区域游程段搜索
①从左至右，从上至下，对热像图中各行温度速率像素点进行遍历；
②若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且前一个像素点(x-1,y)温度速率小于0，则该像素点为游程起始点S，继续对下一个像素点进行判断；
③若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于0，且下一个像素点(x+1,y)温度速率小于0，则当前像素点为游程终止点E；
④若像素点(x,y)温度速率G[x,y]大于温度速率最大值Gmax，则将温度速率G[x,y]赋值给Gmax，并记录此时像素点位置Pmax(x,y)；
⑤直至黏结异常区域图像遍历完成，即能够得到每行游程段的起始点和终止点，Gmax保存当前图像最大的温度速率值；
3)伪黏结异常区域快速剔除
①若温度速率Gmax小于Tmax，则判定当前热像图不存在黏结；
②若温度速率Gmax大于Tmax，则从像素点位置Pmax(x,y)位置处进行连通性判断；
4)游程段连通性判断与标记
①对温度速率Gmax所在行的游程段进行标记，初始标记号为L；
②根据黏结区域连续性，对当前y行游程段与y-1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y-1行的其他游程段继续进行判断，直至y-1行游程段全部判断完成；
[y].S≤[y-1].E+1 (1)
[y].E≥[y-1].S-1 (2)
③对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y-1行转换为当前游程段，继续进行判断；
④重复4)步骤的②和③操作步骤，直至上部黏结异常区域标记完成；
⑤对温度速率Gmax所在当前y行游程段与y+1行的游程段进行连通性判断，若同时满足式(1)和式(2)时，则判定为连通，对y+1行的其他游程段继续进行判断，直至y+1行游程段全部判断完成；
⑥对相互连通的游程段进行标记，赋予相同标号L，将y+1行转换为当前游程段；
⑦重复操作4)步骤的⑤和⑥，直至下部黏结异常区域标记完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，其特征是，所述Gmax是当前时刻热像图的温度速率最大值，其初始值设定为0；Pmax(x,y)是温度速率最大值Gmax的像素所在位置；Tmax是判断当前时刻热像图是否存在黏结的阈值，其设定为0.85℃/s，若Gmax小于Tmax阈值，则认为不存在黏结，若Gmax大于Tmax阈值，则认为存在黏结；L为黏结异常区域标记号，其设定值为1。
3.根据权利要求1所述的一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，其特征是，所述根据黏结区域连续性，若当前y行游程段与y-1行游程段满足式(3)、式(4)，说明黏结异常的y-1行被包含，则可以不判断y行其他游程段与y-1行的连通性，直接进行4)步骤③继续进行判断；
[y].S≤[y-1].S (3)
[y].E≥[y-1].E (4)。
4.根据权利要求1所述的一种基于游程的结晶器热像图异常区域标记方法，其特征是，所述根据黏结区域连续性，若当前y行游程段与y+1行游程段满足式(5)、式(6)，说明黏结异常的y+1行被包含，则可以不判断y行其他游程段与y+1行的连通性，直接进行4)步骤⑥将y+1行转换为当前游程段；
[y].S≤[y+1].S (5)
[y].E≥[y+1].E (6)。
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