[发明专利]一种基于火焰图像纹理特征的转炉终点碳含量预测方法

说明书

本发明公开一种基于火焰图像纹理特征的转炉终点碳含量预测方法。首先，通过CCD高清摄像机拍摄转炉炉口火焰图像；然后，利用四元数乘法特性对火焰图像进行旋转操作得到火焰图像的四元数旋转图谱；其次，以旋转图谱指定方向和距离上像素差值的四元数相位为投影轴，以差值的四元数幅值为权重进行统计得到特征，并将各角度和距离下的直方图串联并归一化作为火焰图像的彩色纹理特征；最后，使用回归模型根据火焰图像特征连续实时地预测转炉终点钢水碳含量。本发明的钢水碳含量预测方法具有数据采集简单方便、抗干扰性强、实时性高等特点；另外，相比于传统的图像特征提取方法而言本发明中火焰图像彩色纹理特征提取方法具有更高的碳含量预测准确率。

技术领域

本发明涉及图像处理(Image Processing)领域，特别是涉及一种基于火焰 图像纹理特征的转炉终点碳含量预测方法。

背景技术

钢铁工业的发展不仅标志着我国经济水平的发展程度，还关系着国民经济 发展命脉，我国作为世界上最大的钢铁生产国和消费国，钢铁工业更是支撑着 我国国民经济发展基础。转炉炼钢由于具有吹炼速度快、生产率高、产品质量 高、建设速度快等优点成为世界上最主要的钢铁生产方式，在我国，通过转炉 冶炼的钢产品占比例约为88％，占据了我国钢产品原料来源的主导地位。

转炉终点钢水碳含量过高不利于钢水的脱硫脱磷操作，过低则会增加钢水 中氧和氮元素的含量。因此，在转炉终点控制中，实现熔池内钢水碳含量的连 续实时测量能为控制钢水碳含量提供有效且可靠的依据，有利于提高转炉终点 控制质量，在提高出钢质量、提高冶炼效率、提高转炉炼钢自动化水平和实现 节能减排等方面具有重要的价值和意义。

常用成熟的转炉炼钢动态控制技术测量方法有：人工经验与取样分析法、 副枪检测法、炉气分析法等。人工经验与采样分析法，由操作工人根据经验观 看炉口火焰并结合吹炼时间等信息综合判断，然后取样分析和测量钢水的碳、 温等参数信息。该方法易受操作工人的经验、熟练程度和主观情绪的影响，准 确率较低，只在我国中小型转炉中有使用。副枪检测法通过副枪上的传感器直 接测量钢水的碳含量和温度信息，具有快速测量、准确率高的特点；但其不能 连续实时测量熔池内钢水的碳含量和温度，属于间断性测量。同时，此方法由 于测量时需要将副枪浸入钢水中，工作环境恶劣，需要定期更换检测探头，其 使用和维护成本高。炉气分析法使用专用设备分析炉口排出的烟气获得熔池内 钢水的脱碳速度和温度，精度受炉气流量等因素的影响；此外，检测探头处于 具有腐蚀性的气体中，设备的使用和维护的成本高，因此仍很难在中小型转炉 中推广使用。

在计算机技术和数字图像处理等技术发展的基础上，基于火焰图像特征提 取的转炉终点碳含量预测方法是一种新颖的方法，通过提取和分析转炉终点炉 口火焰图像特征实现转炉终点判断或预测终点碳、温等信息，其具有数据采集 简单方便、抗干扰性强、实时性高等特点。该方法具有能连续实时预测钢水碳 含量的优点，能为终点控制提供更加可靠和直接的依据，但由于转炉终点火焰 图像具有较高相似性，存在预测准确率偏低的缺点。因此，如何提取不同碳含 量对应的具有较强区分性的火焰图像特征，以提高转炉终点钢水碳含量预测准 确率成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种转炉终点钢水碳含量连续实时预测方法，能够通 过炉口火焰图像特征的提取有效且准确的预测转炉终点钢水碳含量，为转炉终 点控制中控制钢水碳含量提高有效且可靠的依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于火焰图像纹理特征的转炉终点碳含量预测方法，其中所述碳含量 连续实时预测方法包括：炉口火焰图像采集、火焰图像彩色纹理特征提取、钢 水碳含量连续实时预测三个步骤，其特征在于，所述碳含量连续实时预测方法 为：

通过CCD摄像机采集转炉炉口火焰图像，并对火焰图像进行预处理操作；

提取采集的炉口火焰图像的彩色纹理特征；