一种基于彩色制造技术

本发明专利技术涉及稀土熔盐反应领域，尤其涉及一种基于彩色

【技术实现步骤摘要】
一种基于彩色CCD的稀土熔盐高温软测量方法


[0001]本专利技术涉及稀土熔盐反应领域，尤其涉及一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法
。

技术介绍

[0002]为解决稀土生产中的温度在线监测问题，基于彩色
CCD
技术的温度在线监测方法利用电荷耦合器件
(charge
～
coupled devices,CCD)
采集高温熔盐图像，并结合图像处理技术和辐射测温技术构造图像特征与高温熔盐的温度关系；软件代替传统热电偶和辐射测温仪的高温测温方式具有在线监测
、
效率高
、
互换性强和经济性好等优点
。
[0003]现有技术的高温测温方式主要分为接触式测温和非接触式测温；接触式测温要求将传感器与测温对象直接接触，其优点是测量手段简单和测量结果简洁可靠，缺点是只能测点温
、
测量结果需要等待传感器达到热平衡后才准确并且会一定程度上破坏被测对象的温度场；相比与接触式测温，非接触式测温具有更好的发展前景；当前，非接触式测温的方式主要有辐射测温和计算机视觉测温，当然还有一些其他类型的非接触式测温如基于声学信号
、
拉曼光谱以及太赫兹等测温法；辐射测温是目前较成熟的测温技术，但在高温测温的应用中，辐射测温存在成本高且互换性差的缺点；基于声学信号
、
拉曼光谱以及太赫兹等测温法需要专业的信号采集设备，目前还处于实验室探索阶段，无法进行生产阶段应用
。<br/>[0004]稀土熔盐的高温和腐蚀性特征排除了利用接触式装置进行高温测温的方法，而稀土生产企业对高温测温设备的经济性
、
互换性和在线监测的要求则排除了利用昂贵的辐射测温装置进行高温测温的方法；因此，本专利技术的测量方法研究了彩色
CCD
在稀土熔盐上的测温应用；为提高彩色
CCD
在稀土熔盐上的温度在线预测能力，结合数字图像处理技术，本方法基于普朗克辐射定律和
CCD
成像规律提取的熔盐温度图像特征建立反向传播神经网络模型，该模型能大大提高温度预测精度，能很好满足工业在线检测的要求，为稀土生产在线控制提供了重要参考
。
[0005]为解决稀土电解槽温度在线监测的问题，结合数字图像处理技术，本专利技术的测量方法基于普朗克辐射定律和彩色
CCD
成像规律提取的熔盐温度图像特征建立反向传播神经网络
(BPNN)
高温软测量模型；与传统接触式测温和辐射测温相比，基于彩色
CCD
的高温监测方法具有成本低
、
可在线监测和互换性好等优点；与传统比色法和一些经典机器学习算法相比，该模型准确率高
(98.41
％
)
且时间成本低，能很好满足工业生产的在线检测要求，为稀土生产在线控制提供了重要参考
。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术中稀土电解槽温度在线监测，彩色
CCD
在稀土熔盐上的温度在线预测准确度低的缺点，本专利技术提供一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法
。
[0007]本专利技术的技术实施方案为：一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，包括如下步骤：
[0008]S1:
非线性映射
BPNN
模型建立：非线性映射
BPNN
模型分别由输入层
、
隐藏层和输出层节点全连接而成；
[0009]S2:
图像预处理：依据亮度范围采用
CCD
彩色相机对电解槽进行拍照得到图像，截取熔盐中心相同大小的像素块后再取灰度最大值；
[0010]S4:
均值滤波：将设置均值滤波器对采样灰度数据进行滤波处理；
[0011]S5:
熔盐温度的测定：基于比色公式重新构建灰度信息与熔盐温度的非线性映射
BPNN
模型得到温度软测量的反应温度
。
[0012]优选地，输入层由自变量维度决定，输出层由因变量维度决定，输入层和输出层节点数均为6；隐藏层节点数参考经验公式：
[0013][0014]上式中，
I
和
O
分别代表输入
、
输出节点数，而通常
1&lt;m&lt;10
；隐藏层节点
N
的取值范围为1～
13。
[0015]优选地，非线性映射
BPNN
模型的计算流程主要由权值正向传播和误差反向传播两部分组成；非线性映射
BPNN
模型采用
sigmoid
函数作为隐藏层和输出层的激活函数，激活函数初始权值为0到1之间的随机数，非线性映射
BPNN
模型的学习率为
0.001
，非线性映射
BPNN
模型最大叠代次数为
3000
轮
。
[0016]优选地，截取熔盐中心相同大小的像素块的步骤包括：图像二值化
、
提取熔盐轮廓
、
计算轮廓中心点和截取相同大小的块，像素块的大小参考图像特征提取网络常用的最小尺寸
16
×
16。
[0017]优选地，均值滤波步骤如下：先对所截取的像素块取各通道的最大值以逼近相机响应曲线的峰值，接着对同一温度段的最大值的采样数据进行滤波处理，对灰度图像以
10
帧为间隔，建立灰度最大值为
CCD
最大帧率的滤波器宽度与采样数据的关系
。
[0018]优选地，温度软测量目标划分为以下几个温度段：
&lt;1060℃、1060
～
1070℃、1070
～
1080℃、1080
～
1090℃、1090
～
1100℃
和
&gt;1100℃。
[0019]优选地，
CCD(
电荷耦合器件
)
相机的成像原理为
CCD
传感器将可见光转换为电信号后，通过内部电路将电信号转换为
R、G、B
三通道的响应值；比色测温指结合
CCD
采集的三通道灰度值和温度标定值建立机理模型的方法，其基本依据是普朗辐射克定律；现实中大多数被测高温对象为非黑体，针对此类对象的测温问题
(T
＜
3000K、
λ
＜
0.8
μ
m)
，学者们基于普朗辐射克定律推导出维恩近似公式：
[0020][0021]式中，
M
λ
T
表示物体的单色辐射出射度，单位为
W/(m2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于包括如下步骤：
S1:
非线性映射
BPNN
模型建立：非线性映射
BPNN
模型分别由输入层
、
隐藏层和输出层节点全连接而成；
S2:
图像预处理：依据亮度范围采用
CCD
彩色相机对电解槽进行拍照得到图像，截取熔盐中心相同大小的像素块后再取灰度最大值；
S4:
均值滤波：将设置均值滤波器对采样灰度数据进行滤波处理；
S5:
熔盐温度的测定：基于比色公式重新构建灰度信息与熔盐温度的非线性映射
BPNN
模型得到温度软测量的反应温度
。2.
根据权利要求1所述的一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于，输入层由自变量维度决定，输出层由因变量维度决定，输入层和输出层节点数均为6；隐藏层节点数参考经验公式：上式中，
I
和
O
分别代表输入
、
输出节点数，而通常
1&lt;m&lt;10
；隐藏层节点
N
的取值范围为1～
13。3.
根据权利要求2所述的一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于，非线性映射
BPNN
模型的计算流程主要由权值正向传播和误差反向传播两部分组成；非线性映射
BPNN
模型采用
sigmoid
函数作为隐藏层和输出层的激活函数，激活函数初始权值为0到1之间的随机数，非线性映射
BPNN
模型的学习率为
0.001
，非线性映射
BPNN
模型最大叠代次数为
3000
轮
。4.
根据权利要求3所述的一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于，截取熔盐中心相同大小的像素块的步骤包括：图像二值化
、
提取熔盐轮廓
、
计算轮廓中心点和截取相同大小的块，像素块的大小参考图像特征提取网络常用的最小尺寸
16
×
16。5.
根据权利要求4所述的一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于，均值滤波步骤如下：先对所截取的像素块取各通道的最大值以逼近相机响应曲线的峰值，接着对同一温度段的最大值的采样数据进行滤波处理，对灰度图像以
10
帧为间隔，建立灰度最大值为
CCD
最大帧率的滤波器宽度与采样数据的关系
。6.
根据权利要求5所述的一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于，温度软测量目标划分为以下几个温度段：
&lt;1060℃、1060
～
1070℃、1070
～
1080℃、1080
～
1090℃、1090
～
1100℃
和
&gt;1100℃。7.
根据权利要求6所述的一种基于彩色
CCD
的稀土熔盐高温软测量方法，其特征在于，
CCD(
电荷耦合器件
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾波华，李嘉豪，陈鑫宇，涂远泯，曹乐乐，
申请(专利权)人：赣州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：