CN112296298B - 连铸铸坯表面温度分布测量方法及装置 - Google Patents

连铸铸坯表面温度分布测量方法及装置 Download PDF

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CN112296298B CN202011165770.3A CN202011165770A CN112296298B CN 112296298 B CN112296298 B CN 112296298B CN 202011165770 A CN202011165770 A CN 202011165770A CN 112296298 B CN112296298 B CN 112296298B
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Abstract

本发明公开了一种连铸铸坯表面温度分布测量方法及装置，该方法包括以下步骤：获取铸坯的红外图像；对红外图像进行矫正；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值；根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。本发明易于实现，可方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，普适性和可靠性较高。

Description

连铸铸坯表面温度分布测量方法及装置
技术领域
本发明涉及冶金连铸生产技术领域，尤其是涉及一种连铸铸坯表面温度分布测量方法及装置。
背景技术
在钢铁冶炼连铸环节中，对铸坯温度进行精确持续的测量，是铸坯生产质量控制的一个重要环节。因连铸生产中钢坯结晶过程、最终产品的材料性能、连铸冶炼的能耗水平等都跟铸坯温度密切相关，因此，对铸坯温度进行完整连续准确的测量，具有非常重要的实用价值。
目前生产中使用的铸坯测温方法主要有以下两种方式：
1)手动采样的方法：使用点式测温枪，对铸坯进行随机的采样，测量铸坯的温度。
2)自动固定点采样的方法：使用点式、或红外摄测温的方法，固定采集某个点或某个区域的温度，将数据予以保存。
然而，上述这些方法操作不便，且均缺少温度分布测量空间分布信息，即无法有效区分铸坯不同位置上温度分布的差异，从而无法准确测量铸坯表面的温度分布情况。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种连铸铸坯表面温度分布测量方法，该方法易于实现，可方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，普适性和可靠性较高。
为此，本发明的第二个目的在于提出一种连铸铸坯表面温度分布测量装置。
为实现上述目的，本发明第一方面的实施例公开了一种连铸铸坯表面温度分布测量方法，包括以下步骤：获取铸坯的红外图像；对所述红外图像进行矫正；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值；根据多个所述红外温度值得到所述铸坯表面的温度分布。
根据本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法，通过获取铸坯的红外图像，对红外图像进行空间矫正，以矫正广角图像变形，还原铸坯形状；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。从而，该方法易于实现，可方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量整根铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，同时可为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持，普适性和可靠性较高。
另外，本发明上述实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法还可以包括如下附加技术特征：
在一些示例中，所述对所述红外图像进行矫正，包括：对所述红外图像的像素坐标进行空间畸变矫正，具体过程包括：
x'＝(u-cx)/fx
y'＝(u-cy)/fy
r2＝x'2+y'2
x”＝(1+kr2)x'
y”＝(1+kr2)y'
x＝x”fx+cx
y＝y”fy+cy
其中，(u,v)为矫正前红外图像中像素坐标，(x,y)为矫正后红外图像坐标，cx，cy为图像变换原点，(x’,y’)为平移焦距缩放后的图像坐标，r为x’,y’坐标系中坐标点距离原点的距离，(x”,y”)为畸变缩放后的坐标，k为红外相机焦距的经验参数，根据焦距大小取大于0的数值，fx与fy为红外相机视场角及图像大小的函数，具有如下形式：
Figure BDA0002745718510000021
其中，W、H分别为红外图像的宽度和高度，θx和θy分别为红外相机的宽度和长度方向的视场角。
在一些示例中，所述识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，包括：根据所述红外图像中所述铸坯的头部标识和尾部标识识别所述铸坯目标。
在一些示例中，所述获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，包括：设定检测区域；若所述铸坯目标进入所述检测区域，则持续采集所述检测区域内分布在所述铸坯目标表面的多个测温点的对应的像素强度值，将所述像素强度值映射为红外温度值，以得到多个所述红外温度值。
在一些示例中，所述获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，进一步包括：若所述铸坯目标离开所述检测区域，则停止获取多个所述红外温度值，并保存多个所述红外温度值。
在一些示例中，所述检测区域具有前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线，所述数据记录位标识线位于所述前区域标识线和后区域标识线之间，且靠近所述前区域标识线布置，其中，当所述铸坯目标的头部和尾部均位于所述前区域标识线和后区域标识线之间时，确定所述铸坯目标进入所述检测区域；当所述铸坯目标的头部达到所述数据记录位标识线时，获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值；当所述铸坯目标的头部达到所述前区域标识线时，确定所述铸坯目标离开所述检测区域。
在一些示例中，所述前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线的位置可调，使所述铸坯目标的长度分别小于所述前区域标识线和后区域标识线之间的距离，以及数据记录位标识线和后区域标识线之间的距离。
在一些示例中，所述检测区域被构造为矩形区域。
在一些示例中，所述根据多个所述红外温度值得到所述铸坯表面的温度分布，包括：将多个所述红外温度值对应的多个温度测量点在所述铸坯目标上的像素点坐标，转换为对应于所述铸坯上实际位置的物理坐标；根据所述物理坐标与对应的红外温度值生成所述铸坯表面的温度分布。
为实现上述目的，本发明第二方面的实施例公开了一种连铸铸坯表面温度分布测量装置，包括：获取模块，用于获取铸坯的红外图像；矫正模块，用于对所述红外图像进行矫正；处理模块，用于识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值；生成模块，用于根据多个所述红外温度值生成所述铸坯表面的温度分布。
根据本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量装置，通过获取铸坯的红外图像，对红外图像进行空间矫正，以矫正广角图像变形，还原铸坯形状；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。从而，该装置可简单方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量整根铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，同时可为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持，普适性和可靠性较高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法的流程图；
图2是根据本发明一个具体实施例的红外相机的安装位置示意图；
图3是根据本发明一个具体实施例的红外图像矫正前后对比示意图；
图4是根据本发明一个具体实施例的检测区域示意图；
图5是根据本发明一个具体实施例的检测区域内进行温度测量过程示意图；
图6是根据本发明一个实施例的连铸铸坯表面温度分布测量装置的结构示意图。
附图标记：
1-钢包；2-中间包；3-结晶器；4-连铸扇形段；5-切割机；6-红外相机；7-各流辊道；8-连铸坯；20-铸坯目标；30-铸坯尾部标识；40-铸坯头部标识；50-后区域标识线；60-前区域标识线；70-数据记录位标识线；100-连铸铸坯表面温度分布测量装置；110-获取模块；120-矫正模块；130-处理模块；140-生成模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法及装置。
图1是根据本发明一个实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法的流程图。如图1所示，该连铸铸坯表面温度分布测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取铸坯的红外图像。
在具体实施例中，例如通过热成像仪采集铸坯的红外图像。热成像仪测温范围为0-1000℃，红外分辨率384x288像素，像素尺寸17um，帧频30Hz，即红外图像采集频率为30帧/秒，工作波段为8-14um。热成像仪放至于保护结构内，可以实现在高温、辐射环境内的安装。热红外仪例如由红外相机、镜头和相机护罩组成。通过锗片保留铸坯的热红外特征，得到铸坯的红外图像。
在具体实施例中，红外相机在连铸机系统中的具体布置位置例如图2所示。具体的，在图2中，连铸机系统例如包括：钢包1、中间包2、结晶器3、连铸扇形段4、切割机5、各流辊道7和连铸坯8。红外相机6例如设置在各流辊道7的上方，并且其拍摄范围覆盖各流辊道7，从而，铸坯在各流辊道7中移动时，通过红外相机6可连续拍摄其视角范围内的每个铸坯的红外图像。在图2中，展示了6流连铸机生产过程示意，红外相机6安装在切割完成以后的6流辊道上方，从而可以拍摄完整的6流铸坯。
可以理解的是，红外图像上具有多个像素，每个像素根据铸坯表面各点温度不同而具有不同的像素强度值，从而，可获取每个像素的像素强度值，将像素强度值映射为温度值，即可得到每个像素对应的温度值。
步骤S2：对红外图像进行矫正。
可以理解的是，铸坯长度一般较长，受安装场地、分辨率等限制，红外相机需要使用广角相机，拍摄完红外图像后会发生畸变，导致红外图像失真，若按此失真的红外图像进行温度分布测量，则会导致温度分布测量结果误差大，准确性不高。因此，本发明实施例对红外图像进行矫正，以还原未失真的红外图像，从而利于提高温度分布测量结果的准确性。
在具体实施例中，如图3所示，展示了红外图像矫正前后对比示意图。在图3中，左图为矫正前的红外图像，右图为矫正后的红外图像。显然，如图3中左图所示，未矫正的红外图像，由于广角相机拍摄原因，发生了很严重的畸变，导致红外图像严重失真，与实际的铸坯形状差异较大，这会导致温度分布测量结果误差大，准确性不高；而如图3中右图所示，矫正后的红外图像，消除了图像畸变，将失真的图像还原为未失真的红外图像，与实际的铸坯形状接近，从而降低温度分布测量结果的误差，提高准确性。
步骤S3：识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值。
步骤S4：根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。
从而，本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法，通过获取铸坯的红外图像，对红外图像进行空间矫正，以矫正广角图像变形，还原铸坯形状；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。从而，该方法易于实现，可方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量整根铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，同时可为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持，普适性和可靠性较高。
在本发明的一个实施例中，步骤S2，即对红外图像进行矫正的过程，具体包括：
对红外图像的像素坐标进行空间畸变矫正，矫正坐标变换的具体过程包括：
x'＝(u-cx)/fx
y'＝(u-cy)/fy
r2＝x'2+y'2
x”＝(1+kr2)x'
y”＝(1+kr2)y'
x＝x”fx+cx
y＝y”fy+cy
其中，(u,v)为矫正前红外图像中像素坐标，(x,y)为矫正后红外图像坐标，cx，cy为图像变换原点，(x’,y’)为平移焦距缩放后的图像坐标，r为x’,y’坐标系中坐标点距离原点的距离，(x”,y”)为畸变缩放后的坐标，k为红外相机焦距的经验参数，根据焦距大小取大于0的数值，fx与fy为红外相机视场角及图像大小的函数，具有如下形式：
Figure BDA0002745718510000061
其中，W、H分别为红外图像的宽度和高度，θx和θy分别为红外相机的宽度和长度方向的视场角。
具体的，由于铸坯长度较长，受安装场地、分辨率等限制，红外相机需要使用广角相机，拍摄完图像后会发生畸变。因此，需要利用以上矫正方法，还原未失真的图像。在具体实施实例中，图像矫正效果如图3所示，图3中左图为矫正前图像，图3中右图为矫正后图像，显然，通过图像矫正后可进行更为精确的铸坯头、尾部跟踪检测，以及铸坯表面坐标与实际坐标的变换，从而利于提高温度分布测量结果的准确性。
在具体实施例中，上述矫正过程中各参数的取值示例如下：
W＝384
H＝288
θx＝97°
θy＝71°
k＝0.1
在本发明的一个实施例中，在步骤S3中，识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，具体包括：根据红外图像中铸坯的头部标识和尾部标识识别铸坯目标。具体的，结合图4和图5所示，铸坯具有头部标识40和尾部标识30，在红外图像中，若同时识别到一根铸坯的头部标识40和尾部标识30，则表示该铸坯为一根完整的铸坯，则将该红外图像中识别到的铸坯作为铸坯目标，即图中所示的铸坯目标20。
在本发明的一个实施例中，在步骤S3中，获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，具体包括：设定检测区域；若铸坯目标进入检测区域，则持续采集检测区域内分布在铸坯目标表面的多个测温点的对应的像素强度值，将像素强度值映射为红外温度值，以得到多个红外温度值。具体的，红外温度值可通过像素点对应的像素强度值乘以固定系数得到。
在本发明的一个实施例中，在步骤S3中，获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，进一步包括：若铸坯目标离开检测区域，则停止获取多个红外温度值，并保存多个红外温度值。
具体的说，即设定一个检测区域，当铸坯目标进入检测区域时，对铸坯目标进行表面温度分布测量，当铸坯目标离开检测区域时，停止对铸坯目标进行温度分布测量，并存储测量得到的铸坯目标温度分布测量数据。其中，在铸坯目标进入检测区域内时，可持续对红外图像中的铸坯目标进行检测，利用空间畸变矫正过的红外图像，不断提取铸坯目标表面的像素强度值，将其映射为相应的温度数值，即可得到铸坯目标表面多个测温点对应的温度值。当铸坯目标离开检测区域时，保存多个测温点对应的温度值，生成铸坯表面的温度分布数据。
其中，结合图4和图5所示，检测区域具有前区域标识线60、后区域标识线50和数据记录位标识线70，数据记录位标识线70位于前区域标识线60和后区域标识线50之间，且靠近前区域标识线60布置。铸坯目标位于前后区域标识线50内，进行铸坯目标识别。铸坯目标位于数据记录位标识线70和后区域标识线50之间，进行长度测量，根据铸坯目标长度，在铸坯目标上均匀分布n个(图4中所示为6个)测温点，进行温度分布测量。在测温周期内，测温点保持铸坯目标相对位置，记录得到的多组温度数据。当铸坯头部到达数据记录位标识线70，多组温度数据进行处理后获得铸坯表面温度分布情况。
具体的，当铸坯目标的头部和尾部均位于前区域标识线60和后区域标识线50之间时，确定铸坯目标进入检测区域。即铸坯目标的头部和尾部均进入检测区域内，判定为同一根且完整的铸坯。
当铸坯目标的头部达到数据记录位标识线70时，获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值。即，数据记录位标识线70为数据记录触发的位置，当铸坯目标的头部达到该数据记录位标识线70时，开始采集铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值。
当铸坯目标的头部达到前区域标识线60时，确定铸坯目标离开检测区域。此时，铸坯目标的头部即将离开检测区域，则检测区域内只能识别到铸坯目标的尾部，无法同时识别到同一根铸坯的头部和尾部，则停止采集铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，并将之前采集的铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值进行存储。
在具体实施例中，前区域标识线60、后区域标识线50和数据记录位标识线70的位置可调，使铸坯目标的长度分别小于前区域标识线60和后区域标识线50之间的距离，以及数据记录位标识线70和后区域标识线50之间的距离，可有效避免铸坯长度超出数据记录位标识线70和后区域标识线50范围，导致铸坯目标识别失败，无法测温的情况。从而，提高了适用性，可保证不同长度的铸坯均可以在检测区域内被成功识别到，并且可以触发记录位标识线，以便进行铸坯表面温度分布测量和温度分布数据存储。同时，前、后区域标识线50位置可根据铸坯长度进行调整，使得前后区域标识线50的范围比铸坯长度要大，从而保证能够获得多组(如10组)以上的测温数据，提高测温结果的准确性。
在具体实施例中，数据记录位标识线70处于前后区域标识线50之间，且接近前区域标识线60的位置，并与前区域标识线60为固定间隔，该固定间隔在系统调试时，根据热成像仪的采集图像的帧速决定。进一步地，数据记录位标识线70在前区域标识线60位置变化后随动，以保证数据记录位标识线70和前区域标识线60的相对位置固定，满足铸坯长度需求。
在具体实施例中，结合图5对铸坯表面温度分布测量过程进行概述：各流铸坯从图5所示的右侧向左侧运动，以进入检测区域。在铸坯运动过程中，检测铸坯头部标识40和尾部标识30以识别铸坯头部和尾部。若同时检测到铸坯头部和尾部，即铸坯进入检测区域，则开始进行铸坯表面温度分布数据采集，并实施显示温度测量点的温度；当检测到铸坯头部越过数据记录位标识线70时，停止温度采集，并将采集的温度数据保存至数据库。
在本发明的一个实施例中，步骤S4，即根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布，具体包括：将多个红外温度值对应的多个温度测量点在铸坯目标上的像素点坐标，转换为对应于铸坯上实际位置的物理坐标；根据物理坐标与对应的红外温度值生成铸坯表面的温度分布。
具体的说，即将铸坯表面的多个温度测量点对应的像素坐标转化为对应于铸坯表面实际位置的物理坐标，从而将得到的多个物理坐标与得到的多个红外温度值进行对应关联，以生成铸坯表面具体位置的温度分布。换言之，即将红外图像中的铸坯目标从图像坐标映射为对应的物理坐标，以将对应的红外温度值映射至铸坯表面相应位置，即将测量得到的温度分布数据关联到铸坯的相应位置上，从而使铸坯表面的温度分布更加直观和具体，利于进行数据分析。
在具体实施例中，可利用坐标校准与标定结果，将像素坐标转化为相应物理坐标。具体过程概述为：所拍摄红外图像像素坐标与实际物理坐标存在透视变换。在系统运行之前，利用固定红外光源放至各流辊道的标记位置上，标记出各流0点位置，-6m位置，以及+6m位置。系统运行时通过线性差值的方法，可以将各流的像素坐标转换为物理坐标。
具体而言，在具体实施例中，在进行铸坯表面温度分布测量时，可采集铸坯的红外图像，对红外图像进行空间畸变矫正，识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并设定检测区域，以检测铸坯目标是否在检测区域内，如果在检测区域内，则持续采集检测区域内的图像，将各位置(包括多个测温点)像素点的强度值，映射为红外温度值。铸坯目标在检测区域移动时，利用视觉追踪算法，持续对铸坯目标进行追踪，获取铸坯表面温度值。铸坯目标离开检测区域后，将铸坯表面温度值及统计值进行保存。在保存数据的过程中，将图像的像素坐标转换为物理坐标，将测量温度值与物理坐标相对应，从而保存铸坯表面实际位置对应的温度值。
在本发明的一个实施实例中，检测区域例如为被构造为矩形区域，以更好的匹配铸坯的形状，使铸坯的识别过程更加准确、可靠，利于提高铸坯温度分布测量的准确性。
综上，在具体实施例中，该连铸铸坯表面温度分布测量方法，利用红外摄像装置，如红外相机，拍摄连续的铸坯红外图像，通过图像空间矫正方法，矫正广角图像变形，还原铸坯形状。通过对矫正后铸坯图像的追踪、分割，提取红外图像的像素强度值，获取铸坯表面温度场分布。即该方法，使用红外相机进行非接触式铸坯温度场分布测量，可为后续铸坯质量分析等提供温度分布数据；且能够实现在线运行，直观测量铸坯表面温度场，对温度场数据进行保存，为连铸生产在线控制提供指导，同时为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持。
进一步地，在本发明的实施例中，该连铸铸坯表面温度分布测量方法还可以包括：保存矫正前的红外图像和矫正后的红外图像，以供后续分析使用。
在本发明的实施例中，该连铸铸坯表面温度分布测量方法，还包括：提供用户界面，以显示温度分布数据，并接收用户的操作输入。
具体的，用户界面例如可显示但不限于以下内容：
1)流号标识：测量各流的流号标识。
2)温度测量实时值：按照系统设置，由红外图像获取温度的实时值，并做实时显示。
3)测量温度标识点：读取铸坯温度位置，在铸坯红外图像上的位置表示。
4)铸坯头部标识：根据红外图像所获取的铸坯头部位置标识。
5)铸坯尾部标识：根据红外图像所获取的铸坯尾部位置标识。
6)铸坯追踪结束标识线(即前区域标识线)：铸坯头部超过该线后，停止铸坯的追踪。
7)数据记录位标识线：当铸坯头部越过该标识线后，进行测量数据的保存。
8)铸坯追踪起始标识线(即后区域标识线)：铸坯头部超过该线后，开始铸坯的追踪。
9)系统状态表示：显示数据库、红外相机连接状态，以及系统总运行时长。
10)测量数据列表：最近保存至数据库的温度数据列表。
11)清空数据列表按钮：点击该按钮可以清空界面显示数据，不会清除据库中的数据。
根据本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法，通过获取铸坯的红外图像，对红外图像进行空间矫正，以矫正广角图像变形，还原铸坯形状；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。从而，该方法易于实现，可方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量整根铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，同时可为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持，普适性和可靠性较高。
本发明的进一步实施例还提出了一种连铸铸坯表面温度分布测量装置。
图6是根据本发明一个实施例的连铸铸坯表面温度分布测量装置的结构示意图。如图6所示，该连铸铸坯表面温度分布测量装置100，包括：获取模块110、矫正模块120、处理模块130和生成模块140。
其中，获取模块110用于获取铸坯的红外图像。
在具体实施例中，获取模块110例如包括热成像仪，即通过热成像仪采集铸坯的红外图像。热成像仪测温范围为0-1000℃，红外分辨率384x288像素，像素尺寸17um，帧频30Hz，即红外图像采集频率为30帧/秒，工作波段为8-14um。热成像仪放至于保护结构内，可以实现在高温、辐射环境内的安装。热红外仪例如由红外相机、镜头和相机护罩组成。通过锗片保留铸坯的热红外特征，得到铸坯的红外图像。
红外相机例如设置在各流辊道的上方，并且其拍摄范围覆盖各流辊道，从而，铸坯在各流辊道中移动时，通过红外相机可连续拍摄其视角范围内的每个铸坯的红外图像。
可以理解的是，红外图像上具有多个像素，每个像素根据铸坯表面各点温度不同而具有不同的像素强度值，从而，可获取每个像素的像素强度值，将像素强度值映射为温度值，即可得到每个像素对应的温度值。
矫正模块120，用于对红外图像进行矫正。
可以理解的是，铸坯长度一般较长，受安装场地、分辨率等限制，红外相机需要使用广角相机，拍摄完红外图像后会发生畸变，导致红外图像失真，若按此失真的红外图像进行温度分布测量，则会导致温度分布测量结果误差大，准确性不高。因此，本发明实施例对红外图像进行矫正，以还原未失真的红外图像，从而利于提高温度分布测量结果的准确性。
处理模块130，用于识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值。
生成模块140，用于根据多个红外温度值生成铸坯表面的温度分布。
从而，本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量装置100，通过获取铸坯的红外图像，对红外图像进行空间矫正，以矫正广角图像变形，还原铸坯形状；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。从而，该装置100可简单方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量整根铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，同时可为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持，普适性和可靠性较高。
在本发明的一个实施例中，矫正模块120对红外图像进行矫正的过程，具体包括：对红外图像的像素坐标进行空间畸变矫正，矫正坐标变换的具体过程包括：
x'＝(u-cx)/fx
y'＝(u-cy)/fy
r2＝x'2+y'2
x”＝(1+kr2)x'
y”＝(1+kr2)y'
x＝x”fx+cx
y＝y”fy+cy
其中，(u,v)为矫正前红外图像中像素坐标，(x,y)为矫正后红外图像坐标，cx，cy为图像变换原点，(x’,y’)为平移焦距缩放后的图像坐标，r为x’,y’坐标系中坐标点距离原点的距离，(x”,y”)为畸变缩放后的坐标，k为红外相机焦距的经验参数，根据焦距大小取大于0的数值，fx与fy为红外相机视场角及图像大小的函数，具有如下形式：
Figure BDA0002745718510000121
其中，W、H分别为红外图像的宽度和高度，θx和θy分别为红外相机的宽度和长度方向的视场角。
在本发明的一个实施例中，处理模块130识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，具体包括：根据红外图像中铸坯的头部标识和尾部标识识别铸坯目标。具体的，铸坯具有头部标识和尾部标识，在红外图像中，若同时识别到一根铸坯的头部标识和尾部标识，则表示该铸坯为一根完整的铸坯，则将该红外图像中识别到的铸坯作为铸坯目标。
在本发明的一个实施例中，处理模块130获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，具体包括：设定检测区域；若铸坯目标进入检测区域，则持续采集检测区域内分布在铸坯目标表面的多个测温点的对应的像素强度值，将像素强度值映射为红外温度值，以得到多个红外温度值。具体的，红外温度值可通过像素点对应的像素强度值乘以固定系数得到。
在本发明的一个实施例中，处理模块130获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，进一步包括：若铸坯目标离开检测区域，则停止获取多个红外温度值，并保存多个红外温度值。
具体的说，即设定一个检测区域，当铸坯目标进入检测区域时，对铸坯目标进行表面温度分布测量，当铸坯目标离开检测区域时，停止对铸坯目标进行温度分布测量，并存储测量得到的铸坯目标温度分布测量数据。其中，在铸坯目标进入检测区域内时，可持续对红外图像中的铸坯目标进行检测，利用空间畸变矫正过的红外图像，不断提取铸坯目标表面的像素强度值，将其映射为相应的温度数值，即可得到铸坯目标表面多个测温点对应的温度值。当铸坯目标离开检测区域时，保存多个测温点对应的温度值，生成铸坯表面的温度分布数据。
其中，检测区域具有前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线，数据记录位标识线位于前区域标识线和后区域标识线之间，且靠近前区域标识线布置。铸坯目标位于前后区域标识线内，进行铸坯目标识别。铸坯目标位于数据记录位标识线和后区域标识线之间，进行长度测量，根据铸坯目标长度，在铸坯目标上均匀分布n个测温点，进行温度分布测量。在测温周期内，测温点保持铸坯目标相对位置，记录得到的多组温度数据。当铸坯头部到达数据记录位标识线，多组温度数据进行处理后获得铸坯表面温度分布情况。
具体的，当铸坯目标的头部和尾部均位于前区域标识线和后区域标识线之间时，确定铸坯目标进入检测区域。即铸坯目标的头部和尾部均进入检测区域内，判定为同一根且完整的铸坯。
当铸坯目标的头部达到数据记录位标识线时，获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值。即，数据记录位标识线为数据记录触发的位置，当铸坯目标的头部达到该数据记录位标识线时，开始采集铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值。
当铸坯目标的头部达到前区域标识线时，确定铸坯目标离开检测区域。此时，铸坯目标的头部即将离开检测区域，则检测区域内只能识别到铸坯目标的尾部，无法同时识别到同一根铸坯的头部和尾部，则停止采集铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，并将之前采集的铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值进行存储。
在具体实施例中，前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线的位置可调，使铸坯目标的长度分别小于前区域标识线和后区域标识线之间的距离，以及数据记录位标识线和后区域标识线之间的距离，可有效避免铸坯长度超出数据记录位标识线和后区域标识线范围，导致铸坯目标识别失败，无法测温的情况。从而，提高了适用性，可保证不同长度的铸坯均可以在检测区域内被成功识别到，并且可以触发记录位标识线，以便进行铸坯表面温度分布测量和温度分布数据存储。同时，前、后区域标识线位置可根据铸坯长度进行调整，使得前后区域标识线的范围比铸坯长度要大，从而保证能够获得多组(如10组)以上的测温数据，提高测温结果的准确性。
在具体实施例中，数据记录位标识线处于前后区域标识线之间，且接近前区域标识线的位置，并与前区域标识线为固定间隔，该固定间隔在系统调试时，根据热成像仪的采集图像的帧速决定。进一步地，数据记录位标识线在前区域标识线位置变化后随动，以保证数据记录位标识线和前区域标识线的相对位置固定，满足铸坯长度需求。
在具体实施例中，对铸坯表面温度分布测量过程进行概述：各流铸坯从一侧另一侧运动，以进入检测区域。在铸坯运动过程中，检测铸坯头部标识和尾部标识以识别铸坯头部和尾部。若同时检测到铸坯头部和尾部，即铸坯进入检测区域，则开始进行铸坯表面温度分布数据采集，并实施显示温度测量点的温度；当检测到铸坯头部越过数据记录位标识线时，停止温度采集，并将采集的温度数据保存至数据库。
在本发明的一个实施例中，生成模块140根据多个红外温度值生成铸坯表面的温度分布，具体包括：将多个红外温度值对应的多个温度测量点在铸坯目标上的像素点坐标，转换为对应于铸坯上实际位置的物理坐标；根据物理坐标与对应的红外温度值生成铸坯表面的温度分布。
具体的说，即将铸坯表面的多个温度测量点对应的像素坐标转化为对应于铸坯表面实际位置的物理坐标，从而将得到的多个物理坐标与得到的多个红外温度值进行对应关联，以生成铸坯表面具体位置的温度分布。换言之，即将红外图像中的铸坯目标从图像坐标映射为对应的物理坐标，以将对应的红外温度值映射至铸坯表面相应位置，即将测量得到的温度分布数据关联到铸坯的相应位置上，从而使铸坯表面的温度分布更加直观和具体，利于进行数据分析。
在具体实施例中，可利用坐标校准与标定结果，将像素坐标转化为相应物理坐标。具体过程概述为：所拍摄红外图像像素坐标与实际物理坐标存在透视变换。在系统运行之前，利用固定红外光源放至各流辊道的标记位置上，标记出各流0点位置，-6m位置，以及+6m位置。系统运行时通过线性差值的方法，可以将各流的像素坐标转换为物理坐标。
具体而言，在具体实施例中，在进行铸坯表面温度分布测量时，可采集铸坯的红外图像，对红外图像进行空间畸变矫正，识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并设定检测区域，以检测铸坯目标是否在检测区域内，如果在检测区域内，则持续采集检测区域内的图像，将各位置(包括多个测温点)像素点的强度值，映射为红外温度值。铸坯目标在检测区域移动时，利用视觉追踪算法，持续对铸坯目标进行追踪，获取铸坯表面温度值。铸坯目标离开检测区域后，将铸坯表面温度值及统计值进行保存。在保存数据的过程中，将图像的像素坐标转换为物理坐标，将测量温度值与物理坐标相对应，从而保存铸坯表面实际位置对应的温度值。
在本发明的一个实施实例中，检测区域例如为被构造为矩形区域，以更好的匹配铸坯的形状，使铸坯的识别过程更加准确、可靠，利于提高铸坯温度分布测量的准确性。
综上，在具体实施例中，该连铸铸坯表面温度分布测量装置100，利用红外摄像装置，如红外相机，拍摄连续的铸坯红外图像，通过图像空间矫正方法，矫正广角图像变形，还原铸坯形状。通过对矫正后铸坯图像的追踪、分割，提取红外图像的像素强度值，获取铸坯表面温度场分布。即该装置100，使用红外相机进行非接触式铸坯温度场分布测量，可为后续铸坯质量分析等提供温度分布数据；且能够实现在线运行，直观测量铸坯表面温度场，对温度场数据进行保存，为连铸生产在线控制提供指导，同时为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持。
进一步地，在本发明的实施例中，该连铸铸坯表面温度分布测量，还包括存储模块(图中未示出)。存储模块，用于保存矫正前的红外图像和矫正后的红外图像，以供后续分析使用。
在本发明的实施例中，该连铸铸坯表面温度分布测量装置100，还包括：用户界面(图中未示出)。用户界面用于显示温度分布数据，并接收用户的操作输入。
需要说明的是，本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量装置的具体实现方式与本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的连铸铸坯表面温度分布测量装置，通过获取铸坯的红外图像，对红外图像进行空间矫正，以矫正广角图像变形，还原铸坯形状；识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，根据多个红外温度值得到铸坯表面的温度分布。从而，该装置可简单方便地实现非接触式铸坯温度测量，能够准确测量整根铸坯表面的温度分布情况，利于为连铸生产在线控制及铸坯质量分析等多种应用场景提供准确、可靠的数据支持和指导，同时可为连铸铸坯质量缺陷包括表面裂纹等数据回溯提供支持，普适性和可靠性较高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种连铸铸坯表面温度分布测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取铸坯的红外图像；
对所述红外图像进行矫正，包括：对所述红外图像的像素坐标进行空间畸变矫正，具体过程包括：
x'＝(u-cx)/fx
y'＝(v-cy)/fy
r2＝x'2+y'2
x”＝(1+kr2)x'
y”＝(1+kr2)y'
x＝x″fx+cx
y＝y″fy+cy
其中，(u,v)为矫正前红外图像中像素坐标，(x,y)为矫正后红外图像坐标，cx，cy为图像变换原点，(x’,y’)为平移焦距缩放后的图像坐标，r为x’,y’坐标系中坐标点距离原点的距离，(x”,y”)为畸变缩放后的坐标，k为红外相机焦距的经验参数，根据焦距大小取大于0的数值，fx与fy为红外相机视场角及图像大小的函数，具有如下形式：
Figure FDA0003532285450000011
Figure FDA0003532285450000012
其中，W、H分别为红外图像的宽度和高度，θx和θy分别为红外相机的宽度和长度方向的视场角；
识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，包括：设定检测区域；若所述铸坯目标进入所述检测区域，则持续采集所述检测区域内分布在所述铸坯目标表面的多个测温点的对应的像素强度值，将所述像素强度值映射为红外温度值，以得到多个所述红外温度值，其中，所述检测区域具有前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线，所述数据记录位标识线位于所述前区域标识线和后区域标识线之间，且靠近所述前区域标识线布置，其中，所述前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线的位置可调，使所述铸坯目标的长度分别小于所述前区域标识线和后区域标识线之间的距离，以及数据记录位标识线和后区域标识线之间的距离；
根据多个所述红外温度值得到所述铸坯表面的温度分布。
2.根据权利要求1所述的连铸铸坯表面温度分布测量方法，其特征在于，所述识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，包括：
根据所述红外图像中所述铸坯的头部标识和尾部标识识别所述铸坯目标。
3.根据权利要求2所述的连铸铸坯表面温度分布测量方法，其特征在于，所述获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，进一步包括：
若所述铸坯目标离开所述检测区域，则停止获取多个所述红外温度值，并保存多个所述红外温度值。
4.根据权利要求3所述的连铸铸坯表面温度分布测量方法，其特征在于，当所述铸坯目标的头部和尾部均位于所述前区域标识线和后区域标识线之间时，确定所述铸坯目标进入所述检测区域；
当所述铸坯目标的头部达到所述数据记录位标识线时，获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值；
当所述铸坯目标的头部达到所述前区域标识线时，确定所述铸坯目标离开所述检测区域。
5.根据权利要求1-4任一项所述的连铸铸坯表面温度分布测量方法，其特征在于，所述检测区域被构造为矩形区域。
6.根据权利要求1所述的连铸铸坯表面温度分布测量方法，其特征在于，所述根据多个所述红外温度值得到所述铸坯表面的温度分布，包括：
将多个所述红外温度值对应的多个温度测量点在所述铸坯目标上的像素点坐标，转换为对应于所述铸坯上实际位置的物理坐标；
根据所述物理坐标与对应的红外温度值生成所述铸坯表面的温度分布。
7.一种连铸铸坯表面温度分布测量装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取铸坯的红外图像；
矫正模块，用于对所述红外图像进行矫正，包括：对所述红外图像的像素坐标进行空间畸变矫正，具体过程包括：
x'＝(u-cx)/fx
y'＝(v-cy)/fy
r2＝x'2+y'2
x”＝(1+kr2)x'
y”＝(1+kr2)y'
x＝x″fx+cx
y＝y″fy+cy
其中，(u,v)为矫正前红外图像中像素坐标，(x,y)为矫正后红外图像坐标，cx，cy为图像变换原点，(x’,y’)为平移焦距缩放后的图像坐标，r为x’,y’坐标系中坐标点距离原点的距离，(x”,y”)为畸变缩放后的坐标，k为红外相机焦距的经验参数，根据焦距大小取大于0的数值，fx与fy为红外相机视场角及图像大小的函数，具有如下形式：
Figure FDA0003532285450000031
Figure FDA0003532285450000032
其中，W、H分别为红外图像的宽度和高度，θx和θy分别为红外相机的宽度和长度方向的视场角；
处理模块，用于识别矫正后的红外图像中的铸坯目标，并获取所述铸坯目标表面的多个测温点对应的红外温度值，包括：设定检测区域；若所述铸坯目标进入所述检测区域，则持续采集所述检测区域内分布在所述铸坯目标表面的多个测温点的对应的像素强度值，将所述像素强度值映射为红外温度值，以得到多个所述红外温度值，其中，所述检测区域具有前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线，所述数据记录位标识线位于所述前区域标识线和后区域标识线之间，且靠近所述前区域标识线布置，其中，所述前区域标识线、后区域标识线和数据记录位标识线的位置可调，使所述铸坯目标的长度分别小于所述前区域标识线和后区域标识线之间的距离，以及数据记录位标识线和后区域标识线之间的距离；
生成模块，用于根据多个所述红外温度值生成所述铸坯表面的温度分布。
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