CN113804305B - 一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统，它是采用采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温，得到原始火焰图片、第一初步温度和第二初步温度；对第一初步温度和第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合，得到融合校正温度值；将原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配，得到专家经验温度范围和专家经验温度均值；将融合校正温度值与专家经验温度范围进行对比，来确定电弧炉火焰的当前温度。本发明可以在冶炼过程中对电弧炉的火焰温度进行实时监测并得到可靠的温度数值，提高了系统的稳定性和可靠性，而且避免了工人在冶炼过程中近距离接触电弧炉设备存在的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及电弧炉火焰测温技术领域，尤其涉及一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统。
背景技术
冶炼过程中温度监测是电弧炉系统的一个重要环节，其对于电弧炉温度的自动控制、物料熔炼过程监测都具有重要意义。传统的电弧炉温度监测主要依赖于现场工人的经验，无法实时定量描述冶炼过程的温度变化，而且工人在生产过程中近距离接触电弧炉设备存在着安全隐患。
现有的测温技术主要包括接触式测温方法(如热电偶测温)和非接触式测温方法(如光学法测温)；其中，接触式测温方法由于热平衡原理存在一定的测量延迟，无法做到实时监测；非接触式测温方法相对来说实时性高，但是其测量准确度不够。
中国专利申请CN201921470110.9中公开了一种矿井视觉测温预警系统，该系统是通过将温度计检定的方式由传统的电机和工业相机检定改为通过红外热成像摄像装置进行监测。该系统的测温范围较低，无法用于对电弧炉的火焰测温。
中国专利申请CN202010327174.4中公开了一种新的测温摄像头布置方式及工作方法，将每一个待加热工件划分为四个区域，每个区域各使用一个测温摄像头进行全方位扫描式监测，但是该方法主要依赖于较多的热电偶传感器，无法用于对电弧炉的火焰进行测温。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。本发明可以在冶炼过程中对电弧炉的火焰温度进行实时监测并得到可靠的温度数值，避免了在工业实际应用中出现较大的测温误差，为电弧炉温度控制提供了可靠的数据支撑，提高了系统的稳定性和可靠性，而且避免了工人在冶炼过程中近距离接触电弧炉设备存在的安全隐患，保障了冶炼过程的安全生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，包括以下步骤：
步骤1、采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温，从而得到原始火焰图片、第一初步温度和第二初步温度；其中，所述原始火焰图片是视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样得到的未进行图像处理的火焰图片；所述第一初步温度是采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时测温得出的温度值；所述第二初步温度是采用光电多波长探测器对电弧炉的火焰进行实时测温得出的温度值；
步骤2、对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合，从而得到融合校正温度值；将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配，从而得到所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值；
步骤3、将所述融合校正温度值与所述专家经验温度范围进行对比，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差且小于预定异常误差时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度。
优选地，所述预先确定的专家经验温度库是通过以下步骤得出的：预先进行用于建立专家经验温度库的冶炼，并在该冶炼过程中，采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样，得到建库用原始火焰图片，并由多名专家通过专家经验打分对所述建库用原始火焰图片进行温度范围评估，得到所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值，以该冶炼过程中的所有建库用原始火焰图片、建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值组成预先确定的专家经验温度库。
优选地，所述采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温包括以下步骤：采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样得到原始火焰图片，然后对所述原始火焰图片进行图片处理得到所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值，再将所述亮度较大区域灰度值通过预先确定的亮度温度转换模型进行转换，从而得到第一初步温度。
优选地，所述预先确定的亮度温度转换模型是通过以下步骤得出的：通过调节设置人造黑体温度来标定测试视觉双色测温系统，视觉双色测温系统采集不同温度人造黑体图片，并对所述人造黑体图片进行图片处理得到所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值，然后根据所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值利用维恩偏移定律求解得到亮度与温度的对应关系，再对所述亮度与温度的对应关系进行三次样条插值拟合，从而得到预先确定的亮度温度转换模型。
优选地，在所述步骤3中，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不小于预定异常误差时，确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，并记录此次电弧炉火焰的当前温度为异常情况，如果一定时间内连续出现多次异常情况，那么认定电弧炉系统出现故障，需对电弧炉系统进行检查。
优选地，所述预定许可误差为5％；所述预定异常误差为10％。
优选地，根据所述电弧炉火焰的当前温度确定电弧炉控制系统的动作方式。
一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统，用于对电弧炉的火焰进行测温，包括：视觉双色测温系统、光电多波长探测器和信息处理单元；所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时采样得出原始火焰图片和第二初步温度；所述信息处理单元获取所述原始火焰图片和所述第二初步温度，并根据所述原始火焰图片确定出第一初步温度，对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合得出融合校正温度值，同时将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配得出所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值，然后将所述融合校正温度值与所述专家经验温度范围进行对比，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差且小于预定异常误差时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度。
优选地，还包括：监测终端；所述信息处理单元将确定出的电弧炉火焰的当前温度发送给所述监测终端，所述监测终端显示所述电弧炉火焰的当前温度，并在所述电弧炉火焰的当前温度为异常情况时进行预警提示。所述监测终端根据所述电弧炉火焰的当前温度确定电弧炉控制系统的动作方式。
与现有技术相比，本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温得到第一初步温度和第二初步温度，然后对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合得到较为可靠的融合校正温度值，再采用预先确定的专家经验温度库对所述融合校正温度值进行经验校正，这不仅可以解决传统专家经验温度无法进行实时测温的问题，而且可以避免单一温度监测手段检测准确度较低的问题，能够实时得到更为可靠的电弧炉火焰当前温度，避免了在工业实际应用中出现较大的测温误差，为电弧炉温度控制提供了可靠的数据支撑，提高了系统的稳定性和可靠性，而且避免了工人在冶炼过程中近距离接触电弧炉设备存在的安全隐患，保障了冶炼过程安全生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统的测温实况示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
下面对本发明提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
(一)一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法
本发明提供了一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，具体可以包括以下步骤：
步骤1、在冶炼过程中，采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温，从而得到原始火焰图片、第一初步温度和第二初步温度。
其中，所述原始火焰图片是视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样得到的未进行图像处理的火焰图片；所述第一初步温度是采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时测温得出的温度值；所述第二初步温度是采用光电多波长探测器对电弧炉的火焰进行实时测温得出的温度值。
具体地，所述采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温包括以下步骤：采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样得到原始火焰图片，然后对所述原始火焰图片进行图片处理(该图片处理可以包括采用均值滤波、阈值法图像分割、失真点校正、灰度转换等现有图片处理方法对所述原始火焰图片进行处理，从而得到所述原始火焰图片的灰度直方图，然后通过所述灰度直方图得出所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值)得到所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值，再将所述亮度较大区域灰度值通过预先确定的亮度温度转换模型进行转换，从而得到第一初步温度。在实际应用中，所述预先确定的亮度温度转换模型可以是通过以下步骤得出的：通过调节设置人造黑体温度来标定测试视觉双色测温系统，视觉双色测温系统采集不同温度人造黑体图片，并对所述人造黑体图片进行图片处理(该图片处理可以包括采用均值滤波、阈值法图像分割、失真点校正、灰度转换等现有图片处理方法对所述人造黑体图片进行处理，从而得到所述人造黑体图片的灰度直方图，然后通过所述人造黑体图片的灰度直方图得出所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值)得到所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值，然后根据所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值利用维恩偏移定律求解得到亮度与温度的对应关系，再对所述亮度与温度的对应关系进行三次样条插值拟合，从而得到预先确定的亮度温度转换模型。
步骤2、对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合，从而得到融合校正温度值。将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配，从而得到所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值。
具体地，所述预先确定的专家经验温度库可以是通过以下步骤得出的：预先进行用于建立专家经验温度库的冶炼，并在该冶炼过程中，采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样，得到建库用原始火焰图片，并由多名专家通过专家经验打分对所述建库用原始火焰图片进行温度范围评估，得到所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值，以该冶炼过程中的所有建库用原始火焰图片、建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值组成预先确定的专家经验温度库。
步骤3、将所述融合校正温度值与所述专家经验温度范围进行对比，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差且小于预定异常误差时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度。当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不小于预定异常误差时，确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，并记录此次电弧炉火焰的当前温度为异常情况(可进行异常情况预警)，如果一定时间(例如：该一定时间可以为5分钟)内连续出现多次异常情况，那么认定电弧炉系统出现故障，需对电弧炉系统进行检查。
具体地，可根据所述电弧炉火焰的当前温度确定电弧炉控制系统的动作方式。所述预定许可误差可以为5％；所述预定异常误差可以为10％。
(二)一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统
如图1所示，本发明还提供了一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统，用于对电弧炉的火焰进行测温，具体结构可以包括：视觉双色测温系统、光电多波长探测器、信息处理单元、监测终端和电弧炉控制系统；所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器分别监测电弧炉的火焰温度，并且所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器分别与所述信息处理单元电连接，所述信息处理单元与所述监测终端电连接，所述监测终端与所述电弧炉控制系统连接，所述电弧炉控制系统与电弧炉连接。
所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时采样得出原始火焰图片和第二初步温度；所述信息处理单元获取所述原始火焰图片和所述第二初步温度，并根据所述原始火焰图片确定出第一初步温度，再对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合得出融合校正温度值，同时将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配得出所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值，然后将所述融合校正温度值与所述专家经验温度范围进行对比，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差(所述预定许可误差可以为5％)时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差(所述预定许可误差可以为5％)且小于预定异常误差(所述预定异常误差可以为10％)时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不小于预定异常误差(所述预定异常误差可以为10％)时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，并记录此次电弧炉火焰的当前温度为异常情况(可进行异常情况预警)，如果一定时间(例如：该一定时间可以为5分钟)内连续出现多次异常情况，那么认定电弧炉系统出现故障，需对电弧炉系统进行检查。所述信息处理单元将确定出的电弧炉火焰的当前温度发送给所述监测终端，所述监测终端显示所述电弧炉火焰的当前温度，并在所述电弧炉火焰的当前温度为异常情况时进行异常情况预警提示。所述监测终端根据所述电弧炉火焰的当前温度确定电弧炉控制系统的动作方式。
具体地，本发明的基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统可以包括以下实施方案：
(1)所述信息处理单元根据所述原始火焰图片确定出第一初步温度可以包括以下步骤：所述信息处理单元对所述原始火焰图片进行图片处理(该图片处理可以包括采用均值滤波、阈值法图像分割、失真点校正、灰度转换等现有图片处理方法对所述原始火焰图片进行处理，从而得到所述原始火焰图片的灰度直方图，然后通过所述灰度直方图得出所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值)得到所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值，再将所述亮度较大区域灰度值通过预先确定的亮度温度转换模型进行转换，从而得到第一初步温度。在实际应用中，所述预先确定的亮度温度转换模型是通过以下方法得出的：所述信息处理单元通过调节设置人造黑体温度来标定测试视觉双色测温系统，视觉双色测温系统采集不同温度人造黑体图片，并对所述人造黑体图片进行图片处理(该图片处理可以包括采用均值滤波、阈值法图像分割、失真点校正、灰度转换等现有图片处理方法对所述人造黑体图片进行处理，从而得到所述人造黑体图片的灰度直方图，然后通过所述人造黑体图片的灰度直方图得出所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值)得到所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值，然后根据所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值利用维恩偏移定律求解得到亮度与温度的对应关系，再对所述亮度与温度的对应关系进行三次样条插值拟合，从而得到预先确定的亮度温度转换模型。
(2)所述预先确定的专家经验温度库是通过以下方法得出的：电弧炉预先进行用于建立专家经验温度库的冶炼，并在该冶炼过程中，采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样，得到建库用原始火焰图片，并且所述信息处理单元由多名专家通过专家经验打分对所述建库用原始火焰图片进行温度范围评估，得到所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值，以该冶炼过程中的所有建库用原始火焰图片、建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值组成预先确定的专家经验温度库。
(3)所述视觉双色测温系统可以采用现有技术中由双色分光器和高速摄像机组成的视觉双色测温系统。所述光电多波长探测器可以采用现有技术中的光电多波长探测器。
进一步地，本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统中，通过视觉双色测温系统和光电多波长探测器这两个同源传感器对电弧炉的火焰进行实时温度监测，同步采集数据(该数据包括原始火焰图片和第二初步温度)并实时传送至信息处理单元；信息处理单元对所述原始火焰图片进行图片处理得到所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值，再将所述亮度较大区域灰度值通过预先确定的亮度温度转换模型进行转换，从而得到第一初步温度；信息处理单元将视觉双色测温系统得到的第一初步温度与光电多波长探测器采集到的第二初步温度进行重采样，保证二者的时间同步性，并利用卡尔曼校正融合方法对第一初步温度和第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合得出融合校正温度值，该卡尔曼校正融合方法可以对电弧炉系统进行较好的温度估计；信息处理单元将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配得出所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值；信息处理单元采用预先确定的专家经验温度库对上述多传感器卡尔曼融合得出的融合校正温度值进行经验校正，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差(所述预定许可误差可以为5％)时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差(所述预定许可误差可以为5％)且小于预定异常误差(所述预定异常误差可以为10％)时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不小于预定异常误差(所述预定异常误差可以为10％)时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，并记录此次电弧炉火焰的当前温度为异常情况(此时监测终端可以发出异常情况预警提示)，如果一定时间(例如：该一定时间可以为5分钟)内连续出现多次异常情况，那么认定电弧炉系统出现故障，需对电弧炉系统进行检查，这种根据专家经验进行经验校正的方法可以避免电弧炉本身和电弧炉火焰测温系统在工业实际应用中出现较大的测温偏差；所述监测终端显示所述电弧炉火焰的当前温度以及连续的电弧炉温度变化，并在所述电弧炉火焰的当前温度为异常情况时进行异常情况预警提示，同时所述监测终端可以根据所述电弧炉火焰的当前温度确定该温度下电弧炉控制系统的动作方式，所述监测终端还可以保存电弧炉火焰的历史温度数据，这对于电弧炉系统故障诊断具有重要意义。
与现有技术相比，本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统至少具有以下优点：
(1)本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统将视觉双色测温系统测温、光电多波长探测器测温、专家经验温度这三者结合在一起用于对电弧炉的火焰进行实时温度监测，这不仅可以解决传统专家经验温度无法进行实时测温的问题，而且可以避免单一温度监测手段检测准确度较低的问题，能够实时得到更为可靠的电弧炉火焰温度，便于电弧炉温度控制。
(2)本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统以视觉双色测温系统为基础，同时以光电多波长探测器和专家经验温度为辅进行温度校正，这可以避免单一监测手段检测准确度较低的问题，并且使得该方法能够实时监测，得到可靠的温度数值，便于电弧炉温度控制。
(3)本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统能够实现视觉双色测温系统测温、光电多波长探测器测温、专家经验温度这三种数据源监测结果的有机融合；其中，视觉双色测温系统中的摄像头传感器与光电多波长探测器属于同源监测传感器，可以使用多传感器卡尔曼融合方法对这二者监测的温度数据进行分析校正，得出融合校正温度值；专家经验温度不属于传感器监测结果，通过专家经验匹配对融合校正温度值进行二次分析校正，这使得最终的监测温度更加可靠，同时专家经验判断对于电弧炉故障诊断具有一定的指导意义。
(4)本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统可以实现冶炼过程温度的实时检测，为电弧炉温度控制提供可靠的数据支撑，提高系统的稳定性和可靠性，同时该方法及系统避免了工人在生产过程中近距离接触设备存在的安全隐患，从而保障冶炼过程安全生产。
(5)本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统即可实时监测电弧炉的火焰温度，也可以用于电弧炉火焰温度的异常预警。
综上可见，本发明实施例可以在冶炼过程中对电弧炉的火焰温度进行实时监测并得到可靠的温度数值，避免了在工业实际应用中出现较大的测温误差，为电弧炉温度控制提供了可靠的数据支撑，提高了系统的稳定性和可靠性，而且避免了工人在冶炼过程中近距离接触电弧炉设备存在的安全隐患，保障了冶炼过程安全生产。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明所提供的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法及系统进行详细描述。
实施例1
如图1所示，一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统，用于对如图2所示的某电弧炉的火焰进行测温，具体结构可以包括：视觉双色测温系统、光电多波长探测器、信息处理单元、监测终端和电弧炉控制系统。所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器分别监测电弧炉的火焰温度，并且所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器分别与所述信息处理单元电连接，所述信息处理单元与所述监测终端电连接，所述监测终端与所述电弧炉控制系统连接，所述电弧炉控制系统与电弧炉连接。
所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时采样得出原始火焰图片和第二初步温度(某次测量中第二初步温度为1831℃)；所述信息处理单元获取所述原始火焰图片和所述第二初步温度，并根据所述原始火焰图片确定出第一初步温度(该次测量中第一初步温度为1750℃)，再对所述第一初步温度(该次测量中第一初步温度为1750℃)和所述第二初步温度(该次测量中第二初步温度为1831℃)进行多传感器卡尔曼融合得出融合校正温度值(当第一初步温度为1750℃而第二初步温度为1831℃时，融合校正温度值为1806℃)，同时将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配得出所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围(该次测量中所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围为1700～1900℃)和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值，然后将所述融合校正温度值(当第一初步温度为1750℃而第二初步温度为1831℃时，融合校正温度值为1806℃)与所述专家经验温度范围(该次测量中所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围为1700～1900℃)进行对比，所述融合校正温度值为1806℃在所述专家经验温度范围1700～1900℃内，因此确定所述融合校正温度值1806℃为电弧炉火焰的当前温度。所述信息处理单元将确定出的电弧炉火焰的当前温度1806℃发送给所述监测终端，所述监测终端显示所述电弧炉火焰的当前温度，并可根据所述电弧炉火焰的当前温度1806℃确定电弧炉控制系统的动作方式。
综上可见，本发明实施例可以在冶炼过程中对电弧炉的火焰温度进行实时监测并得到可靠的温度数值，避免了在工业实际应用中出现较大的测温误差，为电弧炉温度控制提供了可靠的数据支撑，提高了系统的稳定性和可靠性，而且避免了工人在冶炼过程中近距离接触电弧炉设备存在的安全隐患，保障了冶炼过程安全生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温，从而得到原始火焰图片、第一初步温度和第二初步温度；
其中，所述原始火焰图片是视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样得到的未进行图像处理的火焰图片；所述第一初步温度是采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时测温得出的温度值；所述第二初步温度是采用光电多波长探测器对电弧炉的火焰进行实时测温得出的温度值；
步骤2、对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合，从而得到融合校正温度值；将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配，从而得到所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值；
其中，所述预先确定的专家经验温度库是通过以下步骤得出的：
预先进行用于建立专家经验温度库的冶炼，并在该冶炼过程中，采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样，得到建库用原始火焰图片，并由多名专家通过专家经验打分对所述建库用原始火焰图片进行温度范围评估，得到所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值，以该冶炼过程中的所有建库用原始火焰图片、建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值组成预先确定的专家经验温度库；
步骤3、将所述融合校正温度值与所述专家经验温度范围进行对比，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差且小于预定异常误差时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度。
2.根据权利要求1所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，其特征在于，所述采用视觉双色测温系统和光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时测温包括以下步骤：
采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样得到原始火焰图片，然后对所述原始火焰图片进行图片处理得到所述原始火焰图片的亮度较大区域灰度值，再将所述亮度较大区域灰度值通过预先确定的亮度温度转换模型进行转换，从而得到第一初步温度。
3.根据权利要求2所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，其特征在于，所述预先确定的亮度温度转换模型是通过以下步骤得出的：
通过调节设置人造黑体温度来标定测试视觉双色测温系统，视觉双色测温系统采集不同温度人造黑体图片，并对所述人造黑体图片进行图片处理得到所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值，然后根据所述人造黑体图片的亮度较大区域灰度值利用维恩偏移定律求解得到亮度与温度的对应关系，再对所述亮度与温度的对应关系进行三次样条插值拟合，从而得到预先确定的亮度温度转换模型。
4.根据权利要求1所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，其特征在于，在所述步骤3中，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不小于预定异常误差时，确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，并记录此次电弧炉火焰的当前温度为异常情况，如果一定时间内连续出现多次异常情况，那么认定电弧炉系统出现故障，需对电弧炉系统进行检查。
5.根据权利要求1所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，其特征在于，所述预定许可误差为5％；所述预定异常误差为10％。
6.根据权利要求1所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温方法，其特征在于，根据所述电弧炉火焰的当前温度确定电弧炉控制系统的动作方式。
7.一种基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统，用于对电弧炉的火焰进行测温，其特征在于，包括：视觉双色测温系统、光电多波长探测器和信息处理单元；
所述视觉双色测温系统和所述光电多波长探测器同步对电弧炉的火焰进行实时采样得出原始火焰图片和第二初步温度；
所述信息处理单元获取所述原始火焰图片和所述第二初步温度，并根据所述原始火焰图片确定出第一初步温度，对所述第一初步温度和所述第二初步温度进行多传感器卡尔曼融合得出融合校正温度值，同时将所述原始火焰图片与预先确定的专家经验温度库中数据进行匹配得出所述原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述原始火焰图片对应的专家经验温度均值，然后将所述融合校正温度值与所述专家经验温度范围进行对比，当所述融合校正温度值在所述专家经验温度范围内或所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围不大于预定许可误差时确定所述融合校正温度值为电弧炉火焰的当前温度，当所述融合校正温度值超出所述专家经验温度范围大于预定许可误差且小于预定异常误差时确定所述专家经验温度均值为电弧炉火焰的当前温度；
其中，所述预先确定的专家经验温度库是通过以下步骤得出的：
预先进行用于建立专家经验温度库的冶炼，并在该冶炼过程中，采用视觉双色测温系统对电弧炉的火焰进行实时采样，得到建库用原始火焰图片，并由多名专家通过专家经验打分对所述建库用原始火焰图片进行温度范围评估，得到所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和所述建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值，以该冶炼过程中的所有建库用原始火焰图片、建库用原始火焰图片对应的专家经验温度范围和建库用原始火焰图片对应的专家经验温度均值组成预先确定的专家经验温度库。
8.根据权利要求7所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统，其特征在于，还包括：监测终端；所述信息处理单元将确定出的电弧炉火焰的当前温度发送给所述监测终端，所述监测终端显示所述电弧炉火焰的当前温度，并在所述电弧炉火焰的当前温度为异常情况时进行预警提示。
9.根据权利要求8所述的基于视觉感知的电弧炉火焰测温系统，其特征在于，所述监测终端根据所述电弧炉火焰的当前温度确定电弧炉控制系统的动作方式。
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