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原文传递高温熔渣在线视觉监测系统和方法

专利名称：	高温熔渣在线视觉监测系统和方法
摘要：	本发明涉及高温熔渣在线视觉监测系统和方法。包括：高温内窥镜伸入气化炉中，并将高温熔渣成像至工业相机成像面上；工业相机在线采集位于气化炉内壁熔融状态下的熔渣流动图像并传输至工控机；在工控机中的熔渣液体黏度测量程序通过图像采集、计算速度场、估计黏度三个步骤进行速度场和黏度的在线监测；用户通过图形用户界面与程序交互；监测结果输出给气化炉控制设备。本发明通过将高温熔渣运动场的估计问题转化为对连续视频光流场的估计问题，实现了高温熔渣流速在线估计，从而实时监测高温熔渣的流动性，为气化炉液态排渣过程提供依据，以保障气化炉的正常运行。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	中国科学院沈阳自动化研究所
发明人：	丛杨;冯云;田冬英
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201711373232.1
公开号：	CN109932282A
代理机构：	沈阳科苑专利商标代理有限公司
代理人：	王倩
分类号：	G01N11/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N11
申请人地址：	110016 辽宁省沈阳市东陵区南塔街114号
主权项：	1.一种高温熔渣在线视觉监测系统，其特征在于包括高温内窥镜、工业相机、工控机，所述高温内窥镜的输出光路上设有工业相机，所述工业相机与工控机通信；高温内窥镜，用于传导光线并形成熔渣流动图像；工业相机，用于采集气化炉内壁熔融状态下的熔渣流动图像；工控机，用于根据熔渣流动图像实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测。 2.根据权利要求1所述的一种高温熔渣在线视觉监测系统，其特征在于所述高温内窥镜通过C、SC或M接口与工业相机连接，工业相机通过千兆以太网、USB2.0或USB3.0接口与工控机相连。 3.根据权利要求1所述的一种高温熔渣在线视觉监测系统，其特征在于所述高温内窥镜包括：内窥镜通光管(1)、内窥镜(2)、棱镜(3)；所述内窥镜通光管(1)末端伸入置于气化炉中，通过棱镜(3)将气化炉内壁的熔渣影像反射至内窥镜通光管(1)内，内窥镜通光管(1)经内部设有的内窥镜(2)传导光线并成像到与入口端连接的工业相机中，以用于实现气化炉内的光学成像。 4.根据权利要求1所述的一种高温熔渣在线视觉监测系统，其特征在于所述工业相机以不低于30帧/秒的速率，不低于一百万像素的分辨率采集熔渣实时图像的视频信息，并实时传输至工控机；其中图像内熔融状态的煤渣成像为背景，其内混有的杂质颗粒成像为斑点。 5.一种高温熔渣在线视觉监测方法，其特征在于包括以下步骤：高温内窥镜传导光线并形成熔渣流动图像；工业相机采集气化炉内壁熔融状态下的熔渣流动图像；工控机根据熔渣流动图像实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测。 6.根据权利要求5所述的一种高温熔渣在线视觉监测方法，其特征在于，采用帧间差分法、背景减除法、光流法中的一种实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测。 7.根据权利要求5或6所述的一种高温熔渣在线视觉监测方法，其特征在于采用光流法实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测，包括以下步骤：图像采集：采集熔渣流动图像；计算光流场：通过光流方法计算光流场；计算速度场：根据工业相机参数和光流场计算速度场；估计黏度：根据速度场估计液体黏度。 8.根据权利要求7所述的高温熔渣速度场和黏度的在线监测，其特征在于所述计算光流场包括以下步骤： 1)分别根据设定时间间隔采集的相邻图片对即图片1和图片2建立高斯图像金字塔1和高斯图像金字塔2，其中每层图像的灰度值分别为：I1，I2； 2)计算两个高斯图像金字塔中每层图像的梯度：Ix，Iy； 3)对图像金字塔1和2从高到低每层金字塔组成金字塔层对，共同完成以下运算，以求得光流场u，v： 3.1)计算本层金字塔的时间梯度：It＝I2-I1； 3.2)清空光流场增量：du，dv； 3.3)使用超松弛迭代法计算每个像素点的du，dv； 3.4)利用du，dv计算结果更新光流：u＝u+du，v＝v+dv； 3.5)利用本层图像金字塔2和光流结果得出液体移动前的图像，并替换本层图像金字塔2； 4)从高到低依次将每层光流结果传递给下一层：u＝uk，v＝vk，其中k是金字塔降采样尺度。 9.根据权利要求7所述的高温熔渣速度场和黏度的在线监测，其特征在于所述计算速度场包括以下步骤：根据公式求得像距；其中o是物距、f是像距、f是焦距；根据公式d＝dplp求得光流场中每个像素位移对应的空间位移，其中d是像的空间位移、dp是光流场中的像素位移，lp是像素的物理尺寸；根据公式求得光流场对应的液体速度场，其中vo是液体速度、T是采样时间间隔。 10.根据权利要求7所述的高温熔渣速度场和黏度的在线监测，其特征在于通过查表法估计液体黏度：设定液体的流量；将速度场中的最大速度作为熔渣表层流速；然后分别计算不同已知黏度的液体的速度场并通过插值方法得到液体黏度与表层流速的对应关系；通过查找表层流速与液体黏度对应关系得到当前表层流速所对应的液体黏度。
所属类别：	发明专利