CN111050117A - 一种脱硫铁水除渣效果分析系统及分析方法 - Google Patents

一种脱硫铁水除渣效果分析系统及分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脱硫铁水除渣效果分析系统及分析方法，系统包括图像采集单元、图像分析单元、信息存储单元和信息查询单元；方法为：获取除渣前后图像，将图像格式转换为灰度数据，根据灰度变化确定包口的位置，根据经验值去除两幅图中上部铁水包的沿壁，选取两幅图像包口的重合部分，分别计算灰度平均值，并计算重合部分的平均灰度差（即两幅图平均灰度的差值），根据灰度区间经验值计算除渣效果分值，最后进行图像及分析信息保存。本发明可有效判断渣是否清除干净，同时作业人员可通过视频显示器观察铁水表面情况，不依赖肉眼直接观察实物铁水表面，从而可提高岗位人员作业效果，减少渣中硫元素的回流，减少铁水损耗，对保证炼钢生产作业的产品质量提供技术支持。

Description

一种脱硫铁水除渣效果分析系统及分析方法
技术领域
本专利申请属于炼钢工艺图像采集及图像分析技术领域，更具体地说，是涉及一种脱硫铁水除渣效果分析系统及分析方法。
背景技术
炼钢生产中，为确保入炉铁水成分，在铁水入炉前，常采用铁水脱硫方法对铁水进行脱硫。脱硫时需加入辅料，脱硫后在铁水表面漂浮一层残渣，铁水入炉前，需使用除渣机将料渣去除，防止渣中的硫混入铁水。在除渣过程中，岗位人员需直接观察铁水表面渣的情况进行操作，长时间操作不但会影响人的视力，也会影响操作效果。另外，由于除渣效果缺乏标准，有时难于判断渣是否算清除干净。基于这些问题，研究开发了采用图像分析方法对脱硫铁水除渣效果进行分析的系统和分析方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种脱硫铁水除渣效果分析系统及分析方法，能够解决除渣操作视觉疲劳和除渣效果分析无依可循的问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种脱硫铁水除渣效果分析系统，包括对应连接的图像采集单元、图像分析单元、信息存储单元和信息查询单元；图像采集单元包括摄像机、与摄像机连接的视频显示器（其作用是为岗位人员提供视频观察手段，避免直视铁水包对眼睛的辐射）；图像分析单元包括与摄像机连接的工控机；信息存储单元包括与工控机连接的数据库服务器，信息查询单元包括与工控机连接的通用显示器（其作用在于岗位人员可操作软件界面，获取扒渣前和扒渣后的图像）、与数据库服务器连接的查询终端，查询终端也与工控机连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：工控机为配有以太网卡的研华610H工控机；视频显示器型号为配有VIDEO接口的三星MT-2231P视频显示器；摄像机为型号为DS-2CD4012FWD的网络型摄像机，该型号摄像机配有VIDEO输出接口和RJ45接口。
本发明技术方案的进一步改进在于：工控机与通用显示器采用VGA接口连接；摄像机与视频显示器采用VIDEO接口连接；摄像机与工控机采用RJ45接口连接，工控机与数据库服务器及查询终端均采用以太网连接。
一种脱硫铁水除渣效果分析方法，利用了上述的系统，包括如下步骤：
步骤一、除渣前图像获取；
步骤二、除渣后图像获取；
步骤三、将步骤一和步骤二获取的图像格式转换为灰度数据；
步骤四、将步骤三获取的两幅灰度图去除上下文字；
步骤五、根据灰度变化确定两幅图中铁水包口位置；
步骤六、去除两幅图中上部铁水包的沿壁；
步骤七、选取两幅图像包口的重合部分，分别计算重合部分平均灰度（灰度均值）和平均灰度差（即两幅图平均灰度的差值）；
步骤八、根据灰度区间经验值计算除渣效果分值；
步骤九、图像及分析信息保存。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤三中，将图像转化为灰度数据采用的转化公式为：
灰度值Gray =Color.R *0 .299 + Color.G *0 .587 + Color.B * 0.114。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤五中，铁水包口位置的确定方法为：通过程序扫描图像的灰度值Gray，根据灰度变化，当连续多个灰度值大于经验值Z时，系统确认为包口的区域；
步骤六中，由于扒渣时铁水包需要倾斜一定角度，除渣前和除渣后的图像中铁水上部有一段铁水包的沿壁，其灰度范围与铁水表面灰度范围相同，所以，对铁水包的沿壁的区域也根据经验值Z做相应高度去除，即当连续多个灰度值大于经验值Z时，系统确认为铁水包的沿壁区域。
本发明技术方案的进一步改进在于：经验值Z为140，当连续6个以上的灰度值大于140时，系统确认为包口的区域或铁水包的沿壁区域。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤七中，在图像分析比较时，选取包口重合的部分，分别计算扒渣前后图像灰度的平均值，并计算扒渣前后图像的平均灰度差X；最后再根据现场获得的最大灰度经验值Xmax和最小灰度经验值Xmin，计算得到灰度差的百分值，就得到了扒渣效果评价结果。
本发明技术方案的进一步改进在于：考虑到每包初始除渣时渣多操作容易，渣彻底清除之前渣少操作较难，采用二次函数计算分值的方法，反映出除渣操作的评价结果Y，计算公式为：
Figure 100002_RE-RE-DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明技术方案的进一步改进在于：最大灰度经验值Xmax为170，最小灰度经验值Xmin为80，最后得到除渣效果折合分值的计算公式为：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE004
。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：系统架构简单，便于搭建；本方法的，除渣效果有标准可依，直观明确，有效判断渣是否清除干净，同时不依赖作业人员肉眼观察，可提高人员作业便利性，确保扒渣的效果。
附图说明
图1是本发明的系统硬件架构图；
图2是本发明的除渣效果分析方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了一种脱硫铁水除渣效果分析系统，参见图1，包括对应连接的图像采集单元、图像分析单元、信息存储单元和信息查询单元；图像采集单元包括摄像机、与摄像机连接的视频显示器（其作用是为岗位人员提供视频观察手段，避免直视铁水包对眼睛的辐射）；图像分析单元包括与摄像机连接的工控机；信息存储单元包括与工控机连接的数据库服务器，信息查询单元包括与工控机连接的通用显示器（其作用在于岗位人员可操作软件界面，获取扒渣前和扒渣后的图像）、与数据库服务器连接的查询终端，查询终端也与工控机连接。
工控机为配有以太网卡的研华610H工控机；视频显示器型号为配有VIDEO接口的三星MT-2231P视频显示器；摄像机为型号为DS-2CD4012FWD的网络型摄像机，该型号摄像机配有VIDEO输出接口和RJ45接口。
工控机与通用显示器采用VGA接口连接；摄像机与视频显示器采用VIDEO接口连接；摄像机与工控机采用RJ45接口连接，工控机与数据库服务器及查询终端均采用以太网连接。
一种脱硫铁水除渣效果分析方法，利用了上述的脱硫铁水除渣效果分析系统，参见图2，包括如下步骤：
步骤一、除渣前图像获取；
步骤二、除渣后图像获取；
步骤三、将步骤一和步骤二获取的图像格式转换为灰度数据；
步骤四、将步骤三获取的两幅灰度图去除上下文字；
步骤五、根据灰度变化确定两幅图中铁水包口位置；
步骤六、去除两幅图中上部铁水包的沿壁；
步骤七、选取两幅图像包口的重合部分，分别计算重合部分平均灰度（即灰度均值）和平均灰度差（即两幅图平均灰度的差值），其中的平均灰度也即灰度均值，通过灰度总值/测算总点数得到。
步骤八、根据灰度区间经验值计算除渣效果分值；
步骤九、图像及分析信息保存。
步骤三中，将图像转化为灰度数据采用的转化公式为：
灰度值Gray =Color.R *0 .299 + Color.G *0 .587 + Color.B * 0.114。
步骤五中，铁水包口位置的确定方法为：通过程序扫描图像的灰度值Gray，根据灰度变化，当连续多个灰度值大于经验值Z时，系统确认为包口的区域；
步骤六中，由于扒渣时铁水包需要倾斜一定角度，除渣前和除渣后的图像中铁水上部有一段铁水包的沿壁，其灰度范围与铁水表面灰度范围相同，所以，对铁水包的沿壁的区域也根据经验值Z做相应高度去除，即当连续多个灰度值大于经验值Z时，系统确认为铁水包的沿壁区域。
经验值Z为140，当连续6个以上的灰度值大于140时，系统确认为包口的区域或铁水包的沿壁区域。
步骤七中，在图像分析比较时，选取包口重合的部分，分别计算扒渣前后图像灰度的平均值，并计算扒渣前后图像的平均灰度差X；最后再根据现场获得的最大灰度经验值Xmax和最小灰度经验值Xmin，计算得到灰度差的百分值，就得到了扒渣效果评价结果，最大灰度经验值Xmax和最小灰度经验值Xmin为灰度区间经验值。
考虑到每包初始除渣时渣量多易清出，渣彻底清除之前渣少操作较难，采用二次函数计算分值的方法，反映除渣操作的评价结果Y，计算公式为：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE006
。
当最大灰度经验值Xmax为170，最小灰度经验值Xmin为80，最后得到除渣效果折合分值的计算公式为：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE008
。
以某包铁水图像处理为例：处理1280*960个图像点，得到：
除渣前灰度均值
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE010
：90；
除渣后灰度均值
Figure RE-418514DEST_PATH_IMAGE010
：160；
则平均灰度差X=除渣后灰度均值
Figure RE-397972DEST_PATH_IMAGE010
-除渣前灰度均值
Figure RE-240026DEST_PATH_IMAGE010
=160-90=70；
评价结果Y=100* 702/(170- 90)2=76.6。

Claims (10)

1.一种脱硫铁水除渣效果分析系统，其特征在于：包括对应连接的图像采集单元、图像分析单元、信息存储单元和信息查询单元；图像采集单元包括摄像机、与摄像机连接的视频显示器；图像分析单元包括与摄像机连接的工控机；信息存储单元包括与工控机连接的数据库服务器，信息查询单元包括与工控机连接的通用显示器、与数据库服务器连接的查询终端，查询终端也与工控机连接。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫铁水除渣效果分析系统，其特征在于：工控机为配有以太网卡的研华610H工控机；视频显示器型号为配有VIDEO接口的三星MT-2231P视频显示器；摄像机为型号为DS-2CD4012FWD的网络型摄像机，该型号摄像机配有VIDEO输出接口和RJ45接口。
3.根据权利要求2所述的一种脱硫铁水除渣效果分析系统，其特征在于：工控机与通用显示器采用VGA接口连接；摄像机与视频显示器采用VIDEO接口连接；摄像机与工控机采用RJ45接口连接，工控机与数据库服务器及查询终端均采用以太网连接。
4.一种脱硫铁水除渣效果分析方法，利用了上述权利要求1-3任一项的系统，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、除渣前图像获取；
步骤二、除渣后图像获取；
步骤三、将步骤一和步骤二获取的图像格式转换为灰度数据；
步骤四、将步骤三获取的两幅灰度图去除上下文字；
步骤五、根据灰度变化确定两幅图中铁水包口位置；
步骤六、去除两幅图中上部铁水包的沿壁；
步骤七、选取两幅图像包口的重合部分，分别计算重合部分平均灰度和平均灰度差（即两幅图平均灰度的差值）；
步骤八、根据灰度区间经验值计算除渣效果分值；
步骤九、图像及分析信息保存。
5.根据权利要求4所述的一种脱硫铁水除渣效果分析方法，其特征在于：步骤三中，将图像转化为灰度数据采用的转化公式为：
灰度值Gray =Color.R *0 .299 + Color.G *0 .587 + Color.B * 0.114。
6.根据权利要求4所述的一种脱硫铁水除渣效果分析方法，其特征在于：
步骤五中，铁水包口位置的确定方法为：通过程序扫描图像的灰度值Gray，根据灰度变化，当连续多个灰度值大于经验值Z时，系统确认为包口的区域；
步骤六中，由于扒渣时铁水包需要倾斜一定角度，除渣前和除渣后的图像中铁水上部有一段铁水包的沿壁，其灰度范围与铁水表面灰度范围相同，所以，对铁水包的沿壁的区域也根据经验值Z做相应高度去除，即当连续多个灰度值大于经验值Z时，系统确认为铁水包的沿壁区域。
7.根据权利要求6所述的一种脱硫铁水除渣效果分析方法，其特征在于：经验值Z为140，当连续6个以上的灰度值大于140时，系统确认为包口的区域或铁水包的沿壁区域。
8.根据权利要求4所述的一种脱硫铁水除渣效果分析方法，其特征在于：步骤七中，在图像分析比较时，选取包口重合的部分，分别计算扒渣前后图像灰度的平均值，并计算扒渣前后图像的平均灰度差X；最后再根据现场获得的最大灰度经验值Xmax和最小灰度经验值Xmin，计算得到灰度差的百分值，就得到了扒渣效果评价结果。
9.根据权利要求8所述的一种脱硫铁水除渣效果分析方法，其特征在于：考虑到每包初始除渣时渣多操作容易，渣彻底清除之前渣少操作较难，采用二次函数计算分值的方法，反映出除渣操作的评价结果Y，计算公式为：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE002
。
10.根据权利要求9所述的一种脱硫铁水除渣效果分析方法，其特征在于：最大灰度经验值Xmax为170，最小灰度经验值Xmin为80，最后得到除渣效果折合分值的计算公式为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
。
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