改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测方法技术

本发明专利技术提出一种改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测方法，属于图像识别技术领域。首先，考虑颜色通道间的相关性，通过颜色通道融合策略得到火焰图像的彩色纹理表示；其次，采用多尺度非均匀采样策略选取各尺度范围内的采样点来构建彩色纹理的多尺度表达；最后，IMTBCD根据中心点对称方向和对角线对称方向上采样点的不同变化趋势进行编码得到彩色纹理特征。提取的彩色纹理特征采用KNN回归模型预测碳含量，实验表明，碳含量预测在误差范围0.01％以内的准确率为86.1％，在误差范围0.02％以内的准确率为94.1％。差范围0.02％以内的准确率为94.1％。差范围0.02％以内的准确率为94.1％。

【技术实现步骤摘要】
改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测方法


[0001]本专利技术提出一种改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测方法，属于图像识别


技术介绍

[0002]终点碳含量预测作为转炉炼钢过程中重要的一环，预测的准确性直接决定对钢水碳含量的控制，碳含量过高或过低都会带给钢铁质量很大的影响。因此对终点钢水碳含量的准确预测显得尤为重要，能够保证钢铁的质量，对提高钢厂生产效率、减少能源和原材料浪费具有重大的意义。
[0003]钢水碳含量可以通过数字图像分析法进行预测，数字图像分析法是指通过模拟炼钢人员观察炉口火焰的颜色、亮度、纹理等与钢水碳含量潜在相关的信息作为判断依据，通过火焰图像特征提取并建立与终点时刻以及钢水成分间的预测模型；数字图像分析法作为一种非接触式测量方法，相比传统预测方法具有成本低、易测量、安全等特点。
[0004]炼钢终点钢水的碳含量与炉口火焰的颜色、纹理等特征存在密切的联系，并且火焰纹理表现出随机性、多尺度、多方向等特点。
[0005]纹理特征分析是一个重要而广泛的研究领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测方法，其特征在于：构造了具备多尺度、多方向和多通道结合的彩色纹理特征提取模型，包括如下步骤：首先，根据原火焰图像通道间的相关性信息，提出颜色通道融合策略，将颜色信息与空间纹理信息相融合得到的火焰图像的彩色纹理表示；其次，根据火焰纹理随机性和多尺度的特点，提出非均匀采样多尺度策略，选取各尺度范围内的采样点来构建彩色纹理的多尺度表达；最后，根据火焰多方向的特点，采用改进的多趋势二进制编码描述符IMTBCD，根据中心点对称方向和对角线对称方向上采样点的不同变化趋势进行编码得到彩色纹理特征，提取的彩色纹理特征采用KNN回归模型预测碳含量，得到误差范围为0.01％
‑
0.05％的预测准确率。2.根据权利要求1所述的改进MTBCD火焰图像特征提取的转炉炼钢终点碳含量预测方法，其特征在于：具体步骤如下：Step1、收集转炉炼钢终点炉口火焰图像作为实验数据集，通过采集不同炉次炼钢结束前N秒的炉口火焰视频，并以帧为单位进行截取，剔除受干扰大、不合格的图像，得到多张图像作为数据集，图像标签对应终点时刻副枪检测的钢水碳含量数值；Step2、采用最大类间方差法将火焰图像分割去除边界背景以及火焰干扰，只保留关注的火焰区域，将颜色空间由RGB转换为HSI，根据式(1)对单独的H、S、I通道进行融合，融合的数学表达式如下式(1)所示：式中，H、S、I表示三个单独的颜色通道，f(H,S,I)表示整合H、S、I通道构成火焰图像的彩色纹理表示；Step3、构建基于火焰彩色纹理的多尺度表达：在Step1和Step2的基础上，在火焰图像中选定的窗口以中心像素点为原点划分为不同的尺度范围，利用权重公式分析各尺度范围内对称角度上的像素点，提出的权重公式如下式(2)所示：式中α表示对应的尺度范围，s表示对应的角度，P
α,s
表示该尺度范围和角度下的像素点，根据各像素点的权重占比，找到最大权重索引下的像素点作为采样点，如下式(3)所示：式中w
·
p
α,s
表示像素点与权重的乘积，p
max_idx
表示最大权重索引对应的像素点，c
α,s
表示对应尺度范围及角度下的采样点，通过不同尺度范围的采样点构成了火焰纹理的多尺度表达；Step4、采样点阈值处理：在Step1、Step2和Step3的基础上，先对各尺度范围的采样点进行阈值处理，以其中一个尺度范围为例，计算16个角度的采样点g
i
与中心点g
c
差的绝对值g
i
′
用于替代先前的采样点，如式(4)所示：g
i
′
＝abs(g
i
‑
g
c
) i＝0,1,2,
…
,15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)通过像素比较的差异程度来减弱火焰明暗分布不均匀对于编码的影响，g
i
′
累加的平均
值g
c
′
作为自适应的阈值替代之前的中心点，如式(5)所示：Step5、构造IMTBCD编码：在Step1、Step2、Step3以及Step4的基础上，从中心点对称方向和对角线对称方向上描述火焰纹理，描述中心点对称方向时记为中心点对称定向模式CSOP，描述对角线对称方向时记为对角线对称定向模式DSOP，特别地，IMTBCD的窗口大小设定为5
×
5；CSOP是指以g
c
′
为中心点，在邻域点g
i
′
关于g
c
′
对称的8个方向上，根据g
c

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
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