基于火焰图像吹炼信息特征提取的转炉炼钢终点判定方法研究

发布时间：2020-10-11 17:48

　　 钢铁行业在国民经济中占有重要地位,转炉炼钢作为最主要的生产方式在全世界范围内获得了广泛应用。转炉炼钢终点的准确判定对提高钢铁质量、降低冶炼成本和减少环境污染等都有重要意义,同时也是长久以来的难题。近年来,基于图像处理的转炉炼钢终点判定方法以其低成本和抗干扰性强等特点得到快速发展。熔池中的化学成分和温度变化会表现在炉口火焰的颜色、纹理和火焰动态变化上,准确提取吹炼过程中火焰的特征是基于火焰图像判定吹炼终点的重要内容。现有算法主要在灰度空间下对火焰的静态特征进行提取,对火焰丰富的彩色纹理特征应用不足且忽视了火焰的动态变化特征。本文旨在对火焰的彩色纹理和火焰的动态变化特征进行提取并将其应用于转炉炼钢终点的判定,主要研究内容如下：(1)提出在HSI颜色空间下应用颜色共生矩阵方法对火焰的彩色纹理进行建模,并提取熵、角度方向二阶矩和逆差矩特征作为火焰彩色纹理的表述。在此过程中对HSI颜色空间进行了非均匀量化以保证运算速度,应用高斯归一化方法对特征向量进行处理,并与现有的灰度共生矩阵和灰度差分统计等火焰纹理提取方法进行对比,表明了本文算法的有效性。(2)为了对火焰的动态变化特征进行提取,提出一种描述火焰边界动态形变过程的方法并将其应用于转炉炼钢终点的判定。首先,应用骨架方法定位了符合视觉感知的火焰中心；其次,基于此中心对火焰边界进行了极坐标建模;最后,在边界模型基础上定义了边界动态形变幅度谱的提取方法,并提取其特征作为火焰的动态变化特征。在此之前,对火焰图像和获取的火焰边界进行了一系列处理。与现有的边界差分链码曲率、圆形度和边界不变矩方法相比,证明了本文算法的有效性。(3)建立融合多火焰特征的终点判定模型。对火焰的颜色均值特征进行提取,并与火焰纹理特征、边界形变特征作为广义回归神经网络的输入。设计开发显示界面并编写回调函数实现显示功能。本文对火焰的彩色纹理和边界动态形变特征进行提取,对现有的转炉炉口火焰特征提取方法进行了补充,并将其应用于转炉炼钢终点的判定,与现有算法相比证明本文算法的有效性,为基于炉口火焰图像处理判定转炉炼钢终点的难题做了新的尝试,具有较高的现实意义和应用价值。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF713;TP391.41
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 背景与研究意义
    1.2 转炉炼钢工艺过程
    1.3 终点判定方法研究现状
        1.3.1 人工经验及取样法
        1.3.2 静态模型控制法
        1.3.3 动态模型控制法
        1.3.4 炉口火焰图像分析法
    1.4 本文研究内容及章节安排
第二章 火焰彩色纹理特征提取及终点判定测试
    2.1 炉口火焰图像彩色纹理分析
    2.2 基于颜色共生矩阵的火焰纹理特征提取
        2.2.1 颜色共生矩阵
        2.2.2 火焰图像预处理
        2.2.3 纹理特征提取
    2.3 基于纹理特征的转炉炼钢终点判定实验设计
        2.3.1 实验数据
        2.3.2 终点判定模型
        2.3.3 实验流程
    2.4 实验结果及分析
        2.4.1 实验结果与对比
        2.4.2 结果分析
    2.5 本章小结
第三章 火焰边界动态特征提取及终点判定测试
    3.1 吹炼数据与火焰动态形变的关系描述
    3.2 火焰边界获取及处理
        3.2.1 图像分割
        3.2.2 火焰边界提取
        3.2.3 火焰边界单连通化
        3.2.4 火焰边界多边形近似
    3.3 炉口火焰边界动态形变特征表示与描述
        3.3.1 火焰区域中心描述
        3.3.2 火焰边界建模
        3.3.3 火焰边界动态形变幅度谱提取
        3.3.4 火焰边界动态形变特征提取
    3.4 基于边界动态变化特征的转炉炼钢终点判定实验设计
        3.4.1 实验数据
        3.4.2 识别模型
        3.4.3 实验过程
    3.5 实验结果及分析
        3.5.1 实验结果及对比
        3.5.2 实验结果分析
    3.6 本章小结
第四章 融合多特征的吹炼终点判定实验
    4.1 图像预处理及特征提取
        4.1.1 火焰图像预处理
        4.1.2 火焰图像颜色特征提取
    4.2 融合多特征的终点判定实验
        4.2.1 基于GRNN的终点判定模型
        4.2.2 实验流程及结果
    4.3 GUI设计
        4.3.1 控件布局与数据结构设计
        4.3.2 编写回调函数
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录A：攻读硕士学位期间学术论文发表成果
附录B：攻读硕士学位期间参与的基金项目

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本文编号：2836916