基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，属于冶金自动化技术领域。

背景技术：

EB炉是钛和钛合金铸锭最先进的生产设备，目前能够生产EB炉的设备仅限美国、德国、乌克兰。熔池钛液液位监控是一项重要的技术，在结晶器海绵钛被电子枪扫描融化后，液体钛流入下端的熔池内，为了防止钛液外溢出熔池，需要保证钛液液位保持一定的水平范围。

由于熔池内为高温环境，且钛液边界为一个连续的长方形，温度检测可用于高温液态体的测量。一般的接触式测温只针对点式测量，难以实现对液位的准确检测。红外、亮度等非接触式测温在钛液检测中存在较大干扰，钛液周围环境的热辐射使得钛液界面不明显。除此之外，检测仪器要长期工作在高温、腐蚀性环境中，使用和维护成本较高。

技术实现要素：

为解决EB炉熔池液位升高溢出的问题，本实用新型提出一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，利用图像识别技术实现对EB炉钛液液位的实时、连续、准确控制，使得液位保持在指定的范围之内。

本实用新型通过下列技术方案实现：一种基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统，包括视频信号采集单元、视频信号处理与计算模块以及PLC控制器：

视频信号采集单元用于实时拍摄炉内钛液液位，并将拍摄的视频信号存储并传输至视频信号处理与计算模块；

视频信号处理与计算模块中预设钛液上限的基准线、触控点个数、触控点个数的阈值以及亮度阈值，该模块用于将视频信号分割为单独的彩色图像帧，再将彩色图像处理得到亮度图像，然后将亮度图像中待测点的亮度与预设的亮度阈值做对比，当待测点的亮度大于亮度阈值时，将该点记录为疑似点，当疑似点的个数大于触控点个数的阈值时，发送信号至PLC控制器；

PLC控制器用于发出指令驱动电机变频器。

所述视频信号采集单元包括摄像头、存储器及信号传输器。

所述PLC控制器还与电机变频器连接，通过电机变频器实现降低钛液的操作。

上述系统操作时，经过下列各步骤：

（1）通过摄像头从不同位置和角度获取钛液液位的图像信息，图像信息包括色度、亮度、饱和度以及焦距、帧速率等，最终得到视频信号；

（2）将步骤（1）的视频信号分割为单独的彩色图像帧，由于钛液与周围物体的亮度差异较为明显，因此根据对彩色图像处理得到亮度图像；其中，式中R表示图像的红色分量、G表示图像的绿色分量、B表示图像的蓝色分量；

（3）预设若干离散像素点位置作为触控点勾勒出钛液上限的基准线，设N表示预设的触控点个数，T表示触控点个数的阈值；T值的确定是根据实际运行的状态进行调整，以适应EB炉需求，T值的取值范围为0～N；由于钛液辐射以及熔池壁反光等影响，会使钛液与周围物体亮度分界值不固定，为了区分钛液与非钛液区域，因此需要判断亮度值，预设触控点的亮度阈值为，值取值范围为0～255；

（4）将步骤（2）所得亮度图像中待测点的亮度与步骤（3）的亮度阈值做对比，当待测点的亮度大于时，将该点记录为疑似点；设为第i个待测点，其亮度为，C为疑似点的个数，则：

即当疑似点个数大于触控点个数的阈值T时，发送信号至PLC控制器，由PLC控制器再发出指令驱动电机变频器，完成降低钛液液位，否则继续监测。

本实用新型具备的优点及效果：针对EB炉熔池液位升高溢出问题，本实用新型借用人眼对液位的识别能力，能够分辨出槽体边缘和钛液边缘，通过隔离保护的炉内内窥镜获取钛液视频图像，通过可自定义的边界点结合图像计算，对液位进行快速、有效、连续监控，故设计一种实时视频图像监控系统。首先获取钛液图像信号，将视频分割为单独的图像帧，将彩色图像转换为亮度图像，再设置一定数量的触控点以及亮度阈值，以调节视频监控的灵敏度，提高对环境的适应能力；然后通过判断超过亮度阈值和疑似点个数超范围，进而发送拉锭信号至PLC控制器，PLC控制器再驱动电机变频器，达到降低钛液的目的。本实用新型利用视频图像处理技术实现对EB炉熔池的钛液液位进行自动、实时、精确监控，使得液位保持在指定的范围之内，能够在液位高出限定界限后向PLC发出拉锭信号，实现降低液位的目的，进而有效避免因钛液溢出而引发的产品和安全问题。

附图说明

图1为本实用新型基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的实例在附图中示出。具体实施方式仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1，基于视频图像处理的EB炉钛液液位监控系统包括视频信号采集单元1、视频信号处理与计算模块2以及PLC控制器3；所述视频信号采集单元1包括摄像头、存储器及信号传输器；PLC控制器3还与电机变频器4连接，通过电机变频器4实现降低钛液的操作：

视频信号采集单元1用于实时拍摄炉内钛液液位，并将拍摄的视频信号存储并传输至视频信号处理与计算模块2；

视频信号处理与计算模块2中预设钛液上限的基准线、触控点个数、触控点个数的阈值以及亮度阈值，该模块用于将视频信号分割为单独的彩色图像帧，再将彩色图像处理得到亮度图像，然后将亮度图像中待测点的亮度与预设的亮度阈值做对比，当待测点的亮度大于亮度阈值时，将该点记录为疑似点，当疑似点的个数大于触控点个数的阈值时，发送信号至PLC控制器3；

PLC控制器3用于发出指令驱动电机变频器4。

操作时是经过下列各步骤：

（1）通过摄像头（海康威视DS-FB4012型）从不同位置和角度获取钛液液位的图像信息，图像信息包括色度、亮度、饱和度以及焦距、帧速率等，最终得到视频信号；

（2）将步骤（1）的视频信号分割为单独的彩色图像帧，由于钛液与周围物体的亮度差异较为明显，因此根据对彩色图像处理得到亮度图像；其中，式中R表示图像的红色分量、G表示图像的绿色分量、B表示图像的蓝色分量；

（3）预设11个离散像素点位置作为触控点勾勒出钛液上限的基准线，设N表示预设的触控点个数为11，T表示触控点个数的阈值为7；预设触控点的亮度阈值为，值取80；

（4）将步骤（2）所得亮度图像中待测点的亮度与步骤（3）的亮度阈值做对比，待测点的亮度为92大于，将该点记录为疑似点；以此类推，在亮度图像中取多个待测点进行判断，疑似点个数为8个；则：

即当疑似点个数大于触控点个数的阈值T时，发送信号至PLC控制器，由PLC控制器再发出指令驱动电机变频器，完成降低钛液液位。

降低钛液液位后，重复上述步骤进行实时监测。