本发明专利技术公开了一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速在线检测装置及方法。采用Kinect获取泡沫颜色图像和深度信息，构成泡沫三维视觉信息。在嵌入式异构多核处理器内对当前帧和前一帧图像进行特征点提取和匹配，并利用特征点的像素坐标信息、深度信息和针孔投影成像模型计算出图像特征点的三维空间坐标。通过两帧图像匹配特征点的三维空间坐标和图像采集速率计算出泡沫在空间三个维度上的移动速率，即为泡沫流速。本发明专利技术实现了对浮选槽泡沫流速的实时在线非接触式检测，并且具有体积小、可移动性强、功耗低、成本低、检测速度快、可靠性高的特点，特别适合矿物浮选现场泡沫流速指标的实时在线测量，有助于实现浮选过程的自动监控，进而提高选矿效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及泡沫浮选过程泡沫图像机器视觉领域，具体涉及一种基于三维视觉信 息的泡沫流速在线检测嵌入式装置及方法。
技术介绍
泡沫浮选法是矿物生产加工过程中应用最广泛的一种选矿法，利用矿物本身的疏 水特性或经浮选药剂复杂的物理化学反应作用后获得的疏水特性，使矿浆中可浮性好的矿 粒粘附于气泡形成气、固、液三相组成的矿化泡沫层。矿化泡沫层泡沫流动性强、易破碎，其 在空间三个维度的流速能够直接反映浮选泡沫的状态，而浮选泡沫的状态则直接决定浮选 金属的回收率。尤其是泡沫沉降速度与泡沫破碎率指标息息相关，但至今仍没有测量泡沫 沉降速度的有效方法。通过泡沫流速信息，工人可以给出对当前浮选状态的一个判断，进而 调整浮选槽搅拌速度和浮选加药量。 长期以来，选矿厂主要靠选矿经验丰富的工人根据观察浮选槽泡沫的流速，很难 得到准确的泡沫流速大小，而且不同工人对泡沫流速的视觉判断也没有统一的标准，浮选 操作的主观性和随意性较大，使得浮选过程难以处于最优化的运行状态，导致经常出现生 产过程不稳定、矿物资源严重浪费等问题。传统的差压式流量计采用接触式的方式，而且不 能持续稳定的在线检测，在工厂浮选槽已经稳定运行的情况下很难安装使用。泡沫层位于 矿浆层表面，是一个带有大量细小矿物颗粒的气、固、液三态混合层面，先进超声波流量计 或者激光流量计会在泡沫层表面产生透射，只能测得底层矿浆的流速。随着微控制器技术、 图像处理技术和自动控制技术的发展，使得采用机器视觉测量泡沫三维流速成为可能。同 时，由于浮选工业过程相当复杂并且环境恶劣，浮选厂内充斥噪声、电磁波、粉尘等的干扰 以及浮选液体的腐蚀，传统的基于PC机的机器视觉系统笨重、体积大、移动能力弱而且抗干 扰能力差，所以很难在浮选工业过程使用。基于嵌入式平台的机器视觉系统相对于PC系统 具有体积小、移动性好、抗干扰能力强、专用性强、硬件成本低等特点，已经成为机器视觉系 统新的发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于三维视觉信息的泡沫三维流速测量方法，解决传统 流量计难以非接触式测量泡沫流速、不能测量泡沫沉降速度以及只能测量二维像平面泡沫 像素点移动速度的问题；同时，提出构建一种基于嵌入式平台的流速测量装置，具有很好的 可移动性和可靠性，解决传统基于PC机的机器视觉系统难以在工作环境恶劣的浮选厂使用 的问题。 本专利技术实现了一种基于三维视觉信息的泡沫流速测量装置和方法。 一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速在线检测装置，其特征在于，包括： 用于对三维视频图像进行特征点提取、匹配，计算得到泡沫流速，将彩色视频压 缩、封装为RTP格式实时传输给上位机，并与上位机进行控制参数网络通讯的图像处理核心 板； 用于采集三维视频数据，包括彩色视频和深度视频的三维泡沫图像采集装置； 提供视频采集所需光照的高频光源； 所述图像处理核心板与三维泡沫图像采集装置通过USB总线相连；图像处理核心 板通过网线连接至远端PC;图像处理核心板和三维泡沫图像采集装置固定于浮选槽上方并 拍摄浮选槽内的矿物浮选泡沫，高频光源照射矿物浮选泡沫为拍摄提供光照。 所述的一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速在线检测装置中，所述三维泡 沫图像采集装置为Kinect装置，所述的Kinect装置集成有用于拍摄彩色视频的RGB彩色相 机和用于获取深度视频的红外深度传感器。 一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速检测方法，使用上述装置，包括以下 步骤： 步骤一:高频光源照射浮选槽的泡沫表面，Kinect装置采集泡沫包括颜色图像和 深度信息的三维视觉信息，并传输至图像处理核心板进行储存； 步骤二：图像处理核心板读取前后两帧泡沫三维视觉数据，并对颜色图像和深度 信息进行预处理； 步骤三:利用步骤二中预处理后的两帧泡沫颜色图像进行图像特征点提取和特征 点匹配； 步骤四：利用步骤二中预处理后的特征点深度数据、步骤三中特征点的像素坐标 和针孔投影成像模型计算出图像特征点的三维空间坐标，然后通过两帧图像匹配特征点的 三维空间坐标和图像采集速率计算出泡沫在空间三个维度上的移动速率，即为泡沫流速。 所述的一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速检测方法， 所述步骤一包括以下子步骤： 步骤1:采集泡沫三维视觉信息： 利用Kinect的颜色相机拍摄泡沫颜色图像，得到分辨率为aXb的三通道颜色矩阵 M;利用Kinect的红外深度传感器获取泡沫颜色图像对应像素点的深度数据，得到分辨率为 aXb的深度矩阵N; 步骤2:三维视觉信息的传输和保存；将泡沫颜色矩阵Μ和深度矩阵N通过总线传输至嵌入式图像处理核心板的存储器 中保存。所述的一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速检测方法，所述步骤二包括以 下子步骤：步骤1:颜色图像的预处理；图像处理核心板中的处理器从存储器中读取泡沫颜色矩阵Μ，并依次在DSP核对其 进行图像灰度化、图像滤波和图像增强； 1)图像灰度化 图像灰度矩阵Gray由颜色矩阵Μ灰度化得到，对于图像中任一像素点（x，y)，其灰 度Gray (X，y)的计算公式为： Gray(x,y)=0.299M(x,y,l)+0.587M(x,y,2)+0.114M(x,y,3) (1) 其中姒1，7，1)、1(^7,2)、1(1，7,3)分别为分辨率为 &\13的颜色矩阵1中像素点 (x，y)的R、G、B颜色分量，遍历泡沫颜色图像所有像素点，得到分辨率为aXb的图像灰度矩 阵Gray; 2)图像滤波 采用中值滤波方式对图像灰度矩阵Gray进行滤波处理:首先，选取中值滤波器的 邻域窗口；然后，对灰度图像中某一像素点（x，y)邻域窗口的所有像素点灰度值进行排序， 选取中位值作为像素点(x，y)的灰度值;最后遍历整幅图像，得到滤波后的灰度矩阵Gray'； 3)图像增强 采用直方图均衡化对泡沫图像进行增强:首先，统计滤波后的灰度矩阵Gray'中每 种灰度级像素的个数，形成灰度直方图；然后，以归一化图像灰度的累积分布函数为映射函 数，产生灰度级具有均匀密度的图像，即直方图均衡化后的增强图像；步骤2:深度信息的预处理；图像处理核心板中的处理器从存储器中读取泡沫深度矩阵N，并采用邻域窗口的 中值滤波器对深度图像N进行滤波，得到滤波后的深度矩阵Ν'。所述的一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速检测方法，所述步骤三包括以 下子步骤：步骤1:构建泡沫图像的高斯金字塔尺度空间；为了提取预处理后的泡沫灰度图像Gray'的特征点，首先构造图像的尺度空间L U，y，?)为·· 其中，Θ代表卷积运算，G(x，y，〇)为高斯核函数，表达式为： 其中，〇为尺度空间因子，用于衡量尺度平滑的大小，尺度越大表示平滑程度越大， 对应图像轮廓越模糊； 对图像应用不同尺度大小进行高斯模糊变化，形成具有不同平滑程度的多组图 像，按尺度大到尺度小的顺序，从顶层到底层排列图像构成高斯金字塔尺度空间;采用高斯 差分算子，得到高斯差分尺度空间D(x，y， 〇): 其中k为尺度空间不同组对应的尺度空间因子，以得到稳定的图像极值点； 步骤2:检测尺度空间的极值点；在遍历检查某一尺度下高斯差分图像像素点是否为极值点的过程中，将该像素点 与同尺度下8个邻域像素点以及上下相邻尺度下高斯差分图像中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于三维视觉信息的矿物浮选泡沫流速在线检测装置，其特征在于，包括：用于对三维视频图像进行特征点提取、匹配，计算得到泡沫流速，将彩色视频压缩、封装为RTP格式实时传输给上位机，并与上位机进行控制参数网络通讯的图像处理核心板；用于采集三维视频数据，包括彩色视频和深度视频的三维泡沫图像采集装置；提供视频采集所需光照的高频光源；所述图像处理核心板与三维泡沫图像采集装置通过USB总线相连；图像处理核心板通过网线连接至远端PC；图像处理核心板和三维泡沫图像采集装置固定于浮选槽上方并拍摄浮选槽内的矿物浮选泡沫，高频光源照射矿物浮选泡沫为拍摄提供光照。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：阳春华，朱超，徐德刚，邵明明，刘育峰，蔡海明，谢永芳，桂卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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