基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，分别通过溶剂放入到坩埚内、摄像拍照记录熔解过程并形成时间序列的照片、截取颗粒区域灰度处理转化成二维数组、层次聚类分析画出聚类图片及颜色图、计算颗粒面积得到相对应的多个面积数值五个步骤后，最后建立面积与时间的关系。本发明专利技术构思巧妙，操作方便快捷，通过易行的实验和智能算法的结合将复杂的高温熔化过程转变成可计的数学关系，建立了可靠的时序规律,为理论研究提供了可靠的数据来源。

【技术实现步骤摘要】
基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法
本专利技术涉及高温熔体中目标物面积的方法
，尤其涉及一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法。
技术介绍
利用调质高炉熔渣直接成纤工艺制备高附加值绝热保温材料，不但可以高效利用目前尚未利用的熔渣显热，而且能使高炉渣的利用附加值由50元/吨大幅度跃升至2000元/吨以上。然而高炉熔渣直接成纤工艺之所以至今未实现工业化应用，主要是由于其中存在若干重要的科学理论问题没有突破，特别是在高炉渣调质、熔渣均质化等方面尚需进行大量的基础研究。高炉熔渣调质过程中的均质化是高炉熔渣直接成纤工艺的关键，直接决定纤维的质量和产量。为研究高炉渣调质过程中调质剂熔解的动力学过程，需在线监测调质剂颗粒的变化行为。传统研究方法一般将调质剂颗粒熔解过程中各个时间点的试样分别快速冷却，冷却后的试样经磨平、抛光后，在显微镜下分析颗粒尺寸变化。这种方法研究其熔解动力学过程需要多次重复快速冷却试样，造成实验成本及时间成本的浪费。更重要的是多次重复一个实验，很难保证其他条件(如颗粒大小、熔解过程两相流的状态、冷却速度等)完全一样，多次累加所得数据不具有实际意义。本专利提出一种在线提取计算高温熔体中待熔解颗粒面积的方法，为研究熔解过程中的动力学提供了可靠参考数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，解决在线监测调质剂颗粒的变化行为的方法，需要多次重复快速冷却试样，造成实验成本及时间成本的浪费，且受多个因素影响采集到的数据变动较大，参考意义较小的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，包括以下步骤，步骤一，溶剂放入到坩埚内，打开高温共聚焦炉装置，使得高温共聚焦炉装置上的坩埚进行加热，当坩埚内的温度到达指定温度时，保持该温度恒定，然后将待熔解物放入到恒温的坩埚内；步骤二，摄像拍照记录熔解过程，待熔解物放入坩埚的同时打开摄像装置，按照规定的时间间隔进行拍照，直到熔解完为止，形成时间序列的照片；步骤三，截取颗粒区域，照片采集完成后截取含有待熔解物的特定区域，将截取的图像通过灰度处理转化成二维数组；步骤四，层次聚类分析，利用层次聚类算法聚类画出聚类图片及颜色图，统计铁尾矿像素值的个数；步骤五，计算颗粒面积，根据坩埚外径得到每个像素值的长度，求出所截取图片的面积，统计待熔解物的像素值个数，将算出所截取图片的面积乘以待熔解区域的像素值个数占所截取图片的所有像素值个数的比例得到待熔解区域的面积；步骤六，求解颗粒活化能，结合整个图像的像素值个数及坩埚外径等数据信息得到实时待熔解物的面积后，建立面积与时间的关系。优选的，上述步骤一中的所述坩埚的指定温度与待熔解物的熔点相匹配。优选的，步骤二中照片采集的时间间隔可根据要求具体任意设定。优选的，步骤三中采用python中PIL库的截取含有待熔解物的特定区域。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本专利技术基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，分别通过溶剂放入到坩埚内、摄像拍照记录熔解过程并形成时间序列的照片、截取颗粒区域灰度处理转化成二维数组、层次聚类分析画出聚类图片及颜色图、计算颗粒面积得到相对应的多个面积数值五个步骤后，最后建立面积与时间的关系。本专利技术构思巧妙，操作方便快捷，通过易行的实验和智能算法的结合将复杂的高温熔化过程转变成可计的数学关系，建立了可靠的时序规律,为理论研究提供了可靠的数据来源。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法的工作流程图；图2为本专利技术待熔解物放入坩埚后的熔解过程示意图；图3为本专利技术截取二氧化硅物质分阶段熔解状态示意图；图4为本专利技术聚类图像示意图；图5为本专利技术像素值直方图统计图；图6为本专利技术熔解面积与时间关系图；附图标记说明：1、熔解物；2、坩埚。具体实施方式如图1-2所示，一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，包括以下步骤，步骤一，溶剂放入到坩埚内，打开高温共聚焦炉装置，使得高温共聚焦炉装置上的坩埚进行加热，当坩埚内的温度到达指定温度时，保持该温度恒定，然后将待熔解物放入到恒温的坩埚内；所述坩埚的指定温度与待熔解物的熔点相匹配，不同物质的熔解温度不同；具体来说，所述待熔解物可以是调质剂、造渣剂等固体颗粒，如铁尾矿、石灰石、CaO、SiO2、MgO等；步骤二，摄像拍照记录熔解过程，待熔解物放入坩埚的同时打开摄像装置，按照规定的时间间隔进行拍照，直到熔解完为止，形成时间序列的照片；步骤三，截取颗粒区域，照片采集完成后，采用python中PIL库截取含有待熔解物的特定区域，将截取的图像通过灰度处理转化成二维数组；步骤四，层次聚类分析，利用层次聚类算法聚类画出聚类图片及颜色图，统计铁尾矿像素值的个数；步骤五，计算颗粒面积，根据坩埚外径得到每个像素值的长度，求出所截取图片的面积，统计待熔解物的像素值个数，将算出所截取图片的面积乘以待熔解区域的像素值个数占所截取图片的所有像素值个数的比例得到待熔解区域的面积；步骤六，求解颗粒活化能，结合整个图像的像素值个数及坩埚外径等数据信息得到实时待熔解物的面积后，建立面积与时间的关系。如图3-6所示，本专利技术的具体实施过程如下：以SiO2颗粒的熔解为例进行该方法的实施，首先借助高温共聚焦炉装置采集SiO2颗粒在1500℃高炉渣中的熔解过程图像，设定照片采集时间间隔为1s。步骤一,高温共聚焦炉装置通电打开，其工作部的坩埚开始加热升温，到达1500℃时稳定在该温度值，然后将一定量的SiO2颗粒作为待熔解物1放置到坩埚2内；步骤二，SiO2颗粒放入坩埚的同时，打开摄像机每隔1s拍摄一张熔解状态照片，直至熔解完全形成一组时间序列照片,如图2所示，为部分熔解变化状态示意图；步骤三，用画图软件打开图片，得到整个图片的大小为1792*1231，用python中的PIL库截取含有二氧化硅物质的部分图像，以某一时刻获取的图像为例，截取结果如下图3所示；步骤四，将截取的图像通过RGB转化成二维数组，然后采用层次聚类算法将其聚成五类，其结果如图4所示。然后，统计每类的像素值个数，将统计结果绘制成如图5所示的直方图。步骤五，根据坩埚外径为8mm得到每个像素值的长度，然后求出所截取的图片的面积；以1500℃下的部分数据为例计算：直径的像素值为1277，即每个格代表的长度为0.006265，实时面积结果如表1所示：表1数据统计及面积计算步骤六，通过统计二氧化硅区域的像素值个数和所截取图片的所有像素值个数，用算出所截取图片的面积乘以二氧化硅区域的像素值个数占所截取图片的所有像素值个数的比例得到二氧化硅的面积，最后建立时间与面积的关系。根据上述表1中得到的面积数据，利用MATLAB进行二氧化硅的面积与时间的拟合，当其表现为指数型函数时的拟合度最优，达到了0.9267，拟合图如图6所示。于是，建立了SiO2在熔渣中的溶解过程的时序规律为S＝0.4325e-0.9691t，面积变化率的方程为V＝-0.4191e-0.9691t。由此，我们通过易行的实验和智能算法的结合将复杂的高温熔化过程转变成可计的数学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，溶剂放入到坩埚内，打开高温共聚焦炉装置，使得高温共聚焦炉装置上的坩埚进行加热，当坩埚内的温度到达指定温度时，保持该温度恒定，然后将待熔解物放入到恒温的坩埚内；步骤二，摄像拍照记录熔解过程，待熔解物放入坩埚的同时打开摄像装置，按照规定的时间间隔进行拍照，直到熔解完为止，形成时间序列的照片；步骤三，截取颗粒区域，照片采集完成后截取含有待熔解物的特定区域，将截取的图像通过灰度处理转化成二维数组；步骤四，层次聚类分析，利用层次聚类算法聚类画出聚类图片及颜色图，统计铁尾矿像素值的个数；步骤五，计算颗粒面积，根据坩埚外径得到每个像素值的长度，求出所截取图片的面积，统计待熔解物的像素值个数，将算出所截取图片的面积乘以待熔解区域的像素值个数占所截取图片的所有像素值个数的比例得到待熔解区域的面积；步骤六，求解颗粒活化能，结合整个图像的像素值个数及坩埚外径等数据信息得到实时待熔解物的面积后，建立面积与时间的关系。

【技术特征摘要】
1.一种基于层次聚类算法提取计算高温熔体中目标物面积的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，溶剂放入到坩埚内，打开高温共聚焦炉装置，使得高温共聚焦炉装置上的坩埚进行加热，当坩埚内的温度到达指定温度时，保持该温度恒定，然后将待熔解物放入到恒温的坩埚内；步骤二，摄像拍照记录熔解过程，待熔解物放入坩埚的同时打开摄像装置，按照规定的时间间隔进行拍照，直到熔解完为止，形成时间序列的照片；步骤三，截取颗粒区域，照片采集完成后截取含有待熔解物的特定区域，将截取的图像通过灰度处理转化成二维数组；步骤四，层次聚类分析，利用层次聚类算法聚类画出聚类图片及颜色图，统计铁尾矿像素值的个数；步骤五，计算颗粒面积，根据坩埚外径得到每个像素值的长度，求出所截取图片的面积，统计待熔解物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，安海飞，王保荣，杨爱民，刘卫星，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北,13