[发明专利]一种基于极化特征的铁水流速检测装置

权利要求书

1.一种基于极化特征的铁水流速检测装置，其特征在于，所述装置包括高速相机视频捕捉单元(10)、与所述高速相机视频捕捉单元(10)依次连接的视频采集单元(20)、视频预处理单元(30)、极高光特征位移场计算单元(40)以及铁水流速检测单元(50)，其中：

所述高速相机视频捕捉单元(10)，用于采集高炉出铁口的铁水流的高帧率视频流信息；

所述视频采集单元(20)，用于对所述高帧率视频流信息进行模数转换、存储及压缩，从而获得压缩视频流；

所述视频预处理单元(30)，用于将所述压缩视频流分解成以时间为序的帧图像组，并提取所述帧图像组中帧图像的极高光特征,其中，所述视频预处理单元(30)包括视频流分解模块(301)、与所述视频流分解模块(301)依次连接的感兴趣铁水流区域提取模块(302)、B通道分解模块(303)以及极高光特征提取模块(304)，且所述视频流分解模块(301)，用于将所述压缩视频流分解成以时间为序的帧图像组；所述感兴趣铁水流区域提取模块(302)，用于提取所述帧图像组中帧图像的感兴趣铁水流区域；所述B通道分解模块(303)，用于提取所述帧图像的B通道图像；所述极高光特征提取模块(304)，用于对所述B通道图像进行空间域灰度级线性变换，从而获得所述帧图像的极高光特征，且对所述B通道图像进行空间域灰度级线性变换的具体公式为：

其中，b(i)为变换后的灰度级，i为像素的位置，g(i)为所述B通道图像的灰度级，x为所述B通道图像的灰度的最小值；

所述极高光特征位移场计算单元(40)，用于根据所述极高光特征获取亚像素级位移场，其中，所述极高光特征位移场计算单元(40)包括极高光特征匹配模块(401)、与所述极高光特征匹配模块(401)依次连接的相关强度图计算模块(402)和亚像素级位移场提取模块(403)，且所述极高光特征匹配模块(401)，用于利用互相关法在相邻帧图像中匹配极高光特征；所述相关强度图计算模块(402)，用于根据在相邻帧图像中预设窗口中的像素子集之间的相似度计算获得相关强度图；亚像素级位移场提取模块(403)，用于对所述相关强度图进行二次曲面拟合，并根据拟合后的二次曲面获得亚像素级位移场；

所述铁水流速检测单元(50)，用于根据所述亚像素级位移场，获取所述铁水流的流速，其中所述铁水流速检测单元(50)包括高精度位移场模块(501)、与所述高精度位移场模块(501)依次连接的相机标定模块(502)以及流速计算模块(503)，其中，所述高精度位移场模块(501)，用于对所述亚像素级位移场进行邻域滤波，从而获得高精度位移场，且所述高精度位移场模块(501)包括排序子模块、与所述排序子模块依次连接的第一平均值获取子模块、第二平均值获取子模块、异常值获取子模块以及滤波子模块，其中：所述排序子模块，用于在所述亚像素级位移场的预设水平像素位移向量区域内将非零值从大到小进行排序，获得水平像素位移向量序列；所述第一平均值获取子模块，用于在所述水平像素位移向量序列的位移向量之间作差分，取差分的绝对值，获得差分序列，并计算所述差分序列的平均值，获得第一平均值；所述第二平均值获取子模块，用于取所述差分序列中的三个最小的差分值，计算与所述三个最小的差分值对应的位移向量的平均值，获得第二平均值；所述异常值获取子模块，用于判断预设水平像素位移向量区域内的单个位移向量与所述第二平均值的差分是否超过所述第一平均值，若是，则将其视为异常值；所述滤波子模块，用于计算预设水平像素位移向量区域内的非异常值的位移向量集合的平均值，替代并滤除所述异常值；

所述相机标定模块(502)，用于对高速相机进行标定并根据所述极高光特征移动的水平像素距离获得所述极高光特征在世界坐标系中真实移动的水平距离；

所述流速计算模块(503)，用于对所述高精度位移场中所有极高光特征的水平位移矢量取平均值，并计算铁水在连续两帧图像的间隔时间内移动的水平距离，从而获得所述铁水流的流速。