用于烤包器火焰检测的视觉识别方法与流程

本发明属于嵌入式视觉识别技术领域，具体来说是一种应用于冶金行业烤包器火焰检测的方法，采用视觉识别技术判断火焰燃烧状态。

背景技术：

烤包器是冶金生产工序中的主要生产设备，用于烘烤钢包，需要长时间连续运行，烤包器火焰状态(燃烧/熄灭)直接影响着生产节奏及生产安全，火焰检测装置是烤包器控制系统中关键的组成部分。

现有烤包器火焰检测的视觉识别方法采用温度差检测或者等离子检测作为判断火焰状态的依据，这两种检测方法都要与火焰近距离接触，检测元件容易失效，维护工作量大。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，通过摄像头拍摄到的视频流判断火焰状态。

本发明用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，具体步骤如下：

步骤1：采集当前帧火焰图像数据。

步骤2：对步骤1中采集到的当前帧火焰图像数据进行高亮度轮廓计算，得到火焰轮廓数组。

步骤3：对当前帧火焰轮廓数组和前一帧计算的火焰轮廓数组进行轮廓相似度计算。

步骤4：相似度计算结果处理。

将步骤3中得到的相似度计算结果保存到队列，当队列记录长度到达24后，新的数据将取代最旧的数据，使队列长度保持为24；当队列记录到达长度24后，每当一个新的相似度计算结果数据存入，按照下述方法判断火焰状态：

a、判断当前火焰是否为燃烧状态；若为燃烧状态则进行步骤b；否则进行步骤c。

b、如果队列中，大于阈值a的相似度计算结果数据个数少于7，意味着在过去的24次相似度判断中，未发现明显的轮廓抖动，因此当前状态改为熄灭；否则，维持燃烧状态。

c、如果队列中，大于a的相似度计算结果数据个数多于16，将当前状态改为燃烧；否则，维持熄灭状态。

本发明的优点在于：

1、本发明用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，采用本方法使仪表不与火焰直接接触，因此工业火焰具有的高温、高冲击、化学氧化等破坏因素不能影响到该仪器。

2、本发明用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，采用本方法使仪表安装简便，同时安装方式一致，不改动现场工艺结构。

附图说明

图1为本发明用于烤包器火焰检测的视觉识别方法流程图；

图2为本发明高亮度轮廓计算流程图；

图3为本发明火焰状态判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

烤包器火焰处于开放空间，其周边视觉干扰因素较多，比如日光、行车行走的阴影、高温的钢包等，但是烤包器火焰具有一个明显区别于环境干扰的特征，就是高频轮廓抖动，这是因为燃气压力较高，火焰呈喷射状，火焰的轮廓以大于30hz的频率快速抖动。

本发明基于上述烤包器火焰特征判断火焰的状态(燃烧/熄灭)，如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：火焰视频图像数据采集。

采用摄像头拍摄火焰视频，得到当前帧火焰图像数据，并以yuy2格式传入识别主板，作为运行于识别主板的火焰识别模块的输入信号。

步骤2：高亮度轮廓计算，如图2所示。

a、对步骤1中采集到的当前帧火焰视频图像数据流进行高斯滤波，去除摄像头噪声，使检测结果更稳定。

b、对滤波后的数据进行二值化处理，将彩色图像转化为只有0、1两个值的黑白图像。二值化处理过程中采用固定阈值，所述固定阈值由现场工程师在调试时设定。

c、将步骤b中通过二值化处理后的图像作为输入，采用[suzuki85]轮廓跟踪算法计算出火焰轮廓数组。

步骤3：轮廓相似度计算。

将当前帧火焰轮廓数组和前一帧计算的火焰轮廓数组作为输入，如果二者中存在空值(数组未赋值)直接输出0。

否则，进行下面过程：

首先，计算两个火焰轮廓数组a与b的i个hu矩其中，i＝1、2、3、……、7。

随后计算两个火焰轮廓数组的相似度，公式为：

式中，i(a,b)为火焰轮廓数组a与b的相似度计算结果，该值为0时表示两轮廓完全相同，该值越大表示轮廓差异越大。

步骤4：相似度计算结果处理

将步骤3中得到的相似度计算结果保存到队列，当队列记录长度到达24后，新的数据将取代最旧的数据，使队列长度保持为24。当队列记录到达长度24后，每当一个新的相似度计算结果数据存入，按照下述方法判断火焰状态，如图3所示：

a、判断当前火焰是否为燃烧状态；若为燃烧状态则进行步骤b；否则进行步骤c。

b、如果队列中，大于阈值a的相似度计算结果数据个数少于7，意味着在过去的24次相似度判断中，未发现明显的轮廓抖动，因此当前状态改为熄灭。否则，维持燃烧状态。上述阈值a的取值范围为0.1～0.6，由现场工程师可根据实际情况进行修改，本发明中a的取值为0.2。

c、如果队列中，大于a的相似度计算结果数据个数多于16，意味着在过去的24次相似度判断中，发现了明显的轮廓抖动，因此当前状态改为燃烧。否则，维持熄灭状态。

技术特征：

1.用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：采集当前帧火焰图像数据；

步骤2：对步骤1中采集到的当前帧火焰图像数据进行高亮度轮廓计算，得到火焰轮廓数组；

步骤3：对当前帧火焰轮廓数组和前一帧计算的火焰轮廓数组进行轮廓相似度计算；

步骤4：相似度计算结果处理；

将步骤3中得到的相似度计算结果保存到队列，当队列记录长度到达24后，新的数据将取代最旧的数据，使队列长度保持为24；当队列记录到达长度24后，每当一个新的相似度计算结果数据存入，按照下述方法判断火焰状态：

a、判断当前火焰是否为燃烧状态；若为燃烧状态则进行步骤b；否则进行步骤c；

b、如果队列中，大于阈值a的相似度计算结果数据个数少于7，意味着在过去的24次相似度判断中，未发现明显的轮廓抖动，因此当前状态改为熄灭；否则，维持燃烧状态；

c、如果队列中，大于a的相似度计算结果数据个数多于16，将当前状态改为燃烧；否则，维持熄灭状态。

2.如权利要求1所述用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，其特征在于：步骤2中高亮度轮廓计算的具体方法为：

a、对步骤1中采集到的当前帧火焰视频图像数据流进行高斯滤波；

b、对滤波后的数据进行二值化处理；

c、将步骤b中通过二值化处理后的图像作为输入，采用[suzuki85]轮廓跟踪算法计算出火焰轮廓数组。

3.如权利要求1所述用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，其特征在于：步骤3中轮廓相似度计算的具体方法为：

将当前帧火焰轮廓数组和前一帧计算的火焰轮廓数组作为输入，如果二者中存在空值直接输出0；

否则，进行下面过程：

首先，计算两个火焰轮廓数组a与b的i个hu矩其中，i＝1、2、3、……、7；

随后计算两个火焰轮廓数组的相似度，公式为：

式中，i(a,b)为火焰轮廓数组a与b的相似度计算结果，该值为0时表示两轮廓完全相同，该值越大表示轮廓差异越大。

技术总结
本发明用于烤包器火焰检测的视觉识别方法，首先采集当前帧火焰图像数据；并对采集到的当前帧火焰图像数据进行高亮度轮廓计算，得到火焰轮廓数组；随后对当前帧火焰轮廓数组和前一帧计算的火焰轮廓数组进行轮廓相似度计算；最后进行相似度计算结果处理。本发明采用本方法使仪表不与火焰直接接触，使工业火焰具有的高温、高冲击、化学氧化等破坏因素不能影响到该仪器；且使仪表安装简便，同时安装方式一致，不改动现场工艺结构。

技术研发人员：王勇;吕彦峰;周泓
受保护的技术使用者：北京金自能源科技发展有限公司;昆山南乔电子有限公司
技术研发日：2020.03.26
技术公布日：2020.07.03