一种基于计算机视觉的高温熔体相分数检测方法及系统

本发明属于连铸过程结晶器保护渣研究领域，尤其涉及一种基于计算机视觉的高温熔体相分数检测方法及系统。

背景技术：

1、在连铸过程中，位于结晶器内的渣膜的结晶行为非常重要，因为它在结晶器内起到了保温、防氧化、吸收夹渣、润滑铸坯和控制传热等重要作用，这对改善铸坯表面质量具有重要意义。在保护渣相关的研究领域中，单双丝热电偶技术被广泛使用，其中单热电偶技术(shtt)能够在样品加热或冷却时使用热电偶测量保护渣样品的温度，常用于研究保护渣熔化或冷却过程。将样品放在热电偶的顶端，可以实现快速加热或冷却，也可以在等温条件下保存，通过外接图像捕捉设备就可以实现在不同的热条件下原位观察保护渣的熔化和凝固。除此之外shtt还可以绘制连续冷却转变图(cct)或时间温度转变图(ttt)，以比较不同的渣系，从而对转变动力学有一个基本的了解。

2、现有技术主要通过图像处理软件对某一时刻的相分数进行计算，例如在高铝钢用新型连铸结晶器保护渣结晶性能的研究中，利用photoshop计算了渣样结晶面积与总面积的比值得到了保护渣的析晶率。但这种方法间接导致了在固相区域的选取上存在主观分析，进而在一定程度上影响了结果的准确性，且无法实时观测相分数的变化，同时增加了研究人员的工作难度。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于计算机视觉的高温熔体相分数检测方法及系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、第一方面，提供一种基于计算机视觉的高温熔体相分数检测方法，包括：

4、采集连铸过程中结晶器内高温熔体结晶过程视频，并对高温熔体结晶过程视频进行预处理，高温熔体结晶过程视频中包括多个帧的待测图像；

5、采用边缘检测算法判断出待测图像中的真实边缘；

6、根据真实边缘提取和绘制出液态保护渣和结晶体的目标轮廓；

7、根据目标轮廓计算出每一帧的待测图像的结晶面积；

8、根据所有的待测图像的结晶面积，计算得到随时间变化的高温熔体结晶分数。

9、进一步的，对高温熔体结晶过程视频进行预处理，包括：

10、对高温熔体结晶过程视频中的每一帧待测图像分别进行图像平滑处理、灰度化处理及二值化处理。

11、进一步的，对高温熔体结晶过程视频中的每一帧待测图像分别进行图像平滑处理、灰度化处理及二值化处理，包括：

12、采用中值滤波算法进行图像平滑处理，将每一帧待测图像中所有像素点的像素值根据大小进行排序，得到像素序列，将像素序列中的中值的像素值代替原像素值，得到中值滤波待测图像，原理如下：

13、

14、其中，y为序列x1，x2，x3，...，xn的中值；

15、对中值滤波待测图像进行r、g及b三分量等值化处理，得到单色彩通道图像；

16、将256个亮度等级的单色彩通道图像通过预设亮度阈值选取得到二值化图像。

17、进一步的，采用边缘检测算法判断出待测图像中的真实边缘，包括：

18、计算出待测图像中所有像素点的像素梯度强度，根据像素梯度强度寻找得到可能存在的可能性边缘；

19、通过非极大值抑制算法、双阈值检测和边缘连接操作对可能性边缘进行判断，得到真实边缘。

20、进一步的，计算出待测图像中所有像素点的像素梯度强度，根据像素梯度强度寻找得到可能存在的可能性边缘，包括：

21、使用sobel算子对待测图像中每个像素点进行卷积，得到每个像素点的一阶梯度矩阵；sobel算术符的矩阵为：

22、

23、sx和sy分别为sobel算子的垂直方向和水平方向；

24、sobel算子的垂直方向和水平方向的梯度分布为：

25、

26、像素点(x，y)处的梯度振幅a(x，y)和梯度方向θ(x，y)为：

27、

28、根据所有像素点的梯度振幅和梯度方向，计算出所有像素点的像素梯度强度；

29、寻找像素梯度强度的变化超过预设变化阈值的像素点，作为可能性像素点，将可能性像素点相连接得到可能性边缘。

30、进一步的，非极大值抑制算法包括：

31、将可能性像素点的像素梯度强度分别与正梯度方向和负梯度方向的像素点的像素梯度强度进行比较；计算公式为：

32、

33、gp1和gp2分别为像素点p1和像素点p2的像素梯度强度，e、s和w分别表示方向；

34、若可能性像素点(x，y)的像素梯度强度大于gp1和gp2，则保留可能性像素点(x，y)；若可能性像素点(x，y)的像素梯度强度不大于gp1或gp2，则将可能性像素点(x，y)设置为不显示。

35、进一步的，双阈值检测包括：

36、设定像素值最大阈值max val与像素值最小阈值min val；

37、将高于max val的可能性边缘定义为强边缘，将强边缘作为真实边缘；

38、将低于max val并且高于min val的可能性边缘定义为弱边缘；

39、若弱边缘与强边缘相连，则将弱边缘作为真实边缘；

40、若弱边缘与强边缘不相连，则将弱边缘作为非边缘；

41、将低于min val的可能性边缘删除。

42、进一步的，边缘连接操作包括：

43、若真实边缘的边缘线是断裂的，则将真实边缘中断裂的边缘线连接起来形成完整的边缘线。

44、进一步的，根据真实边缘提取和绘制出液态保护渣和结晶体的目标轮廓，包括：

45、使用循环语句将所有的真实边缘逐一进行比较，得到真实边缘中的最大轮廓；

46、再进行一次比较循环，得到第二大轮廓，将第二大轮廓作为液态保护渣和结晶体的目标轮廓，将目标轮廓并绘制于待测图像中；

47、将真实边缘中的其他边缘与预设面积阈值进行比较，若存在第一边缘的边缘内的面积大于预设面积阈值，则将第一边缘绘制于待测图像中；若第二边缘的边缘内的面积小于或等于预设面积阈值，则将第二边缘不绘制于待测图像中。

48、第二方面，提供了一种基于计算机视觉的高温熔体相分数检测系统，包括：

49、视频采集模块，用于采集连铸过程中结晶器内高温熔体结晶过程视频，并对高温熔体结晶过程视频进行预处理，高温熔体结晶过程视频中包括多个帧的待测图像；

50、边缘检测模块，用于采用边缘检测算法判断出待测图像中的真实边缘；

51、轮廓提取绘制模块，用于根据真实边缘提取和绘制出液态保护渣和结晶体的目标轮廓；

52、结晶面积计算模块，用于根据目标轮廓计算出每一帧的待测图像的结晶面积；

53、结晶分数计算模块，用于根据所有的待测图像的结晶面积，计算得到随时间变化的高温熔体结晶分数。

54、本发明所达到的有益效果：

55、(1)本发明通过计算机视觉技术可以分析出不同保护渣在结晶过程中随时间变化的结晶分数，通过比较不同滤波处理算法获得最适于高温熔体结晶过程的去噪方式，对应不同结晶机理的结晶过程都有对应的轮廓提取方式；解决了传统技术中选取固相区域过程中存在主观分析的问题，提高了结果的准确性；

56、(2)通过输出结晶分数随时间变化的视频，使得在结晶过程中可以实时了解相分数的变化，为高温熔体结晶研究提供了便利性，降低了研究人员的工作难度。