СПОСОБ АНАЛИЗА ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ
ANALYSIS METHOD OF PARTICLE-SIZE DISTRIBUTION OF IRON-ORE PELLETS

Изобретение относится к цифровой обработке изображений, устройствам автоматического измерения параметров окатышей для управления производством окомковывания железной руды.
Известны:
- способ адаптивного нейросетевого определения гранулометрического состава материала (заявка №2004128312 на изобретение РФ); недостатком которого является оценочный характер измерения величины гранул на основе анализа излучения от множества гранул одновременно, что носит лишь приблизительный характер; недостатком также является использование нейронной сети, что осложняет процесс настройки устройства, значительно увеличивает его структурную сложность;
- система прогнозирования качества агломерата (заявка №2008153032 на изобретение РФ); недостаток которой заключается в отсутствии средств и способа определения гранулометрического состава;
- устройство определения гранулометрического состава сыпучего материала (патент на полезную модель 63258), недостаток заложенного в устройстве способа заключается в сложности конструкции, необходимости изменения устройства конвейера с окатышами для их просеивания и деления на фракции, а также длительности процесса измерения параметров и вторичности измеряемых признаков.
Наиболее близким к изобретению является способ, представленный в патенте США 5519763 «Способ и устройство технического зрения для измерений», заключающийся в получении двумерного массива яркостей пикселей, описывающего распределение света рабочей сцены, с последующим нахождением на основе специальных масок изображений искомых элементов (окатышей) и определении их геометрических характеристик.
Существенным недостатком изобретения является отсутствие специального освещения для получения качественных изображений окатышей; использование методов сегментации, затрудняющих обнаружение частично перекрывающихся окатышей, низкая гибкость способа вследствие применения специальных, описывающих только конкретный тип искомых объектов окатышей.
Задачей изобретения является повышение точности измерения параметров окатышей в реальном масштабе времени без изменения механических частей системы производства окатышей.
Задача решается тем, что в известный способ, включающий получение изображения рабочей сцены, сегментацию изображения, введены освещение рабочей сцены структурированным освещением, выделение контуров, поиск округлых объектов на основе комплексного применения методов анализа контуров и сегментации, измерение геометрических параметров окатышей, вычисление объема и массы окатышей.
Изобретение может быть использовано для автоматического управления процессом окомковывания.
Представленный способ заключается в
- установке принимающей изображение рабочей сцены видеокамеры над рабочей сценой,
- ориентации видеокамеры и изменения ее фокусного расстояния так, чтобы лента конвейера с окатышами занимала не менее 80% кадра по ширине;
- размещении четырех точечных некогерентных инфракрасных источников света (ИС) на примерно равном расстоянии от видеокамеры в плоскости, параллельной конвейеру и проходящей через объектив видеокамеры;
- поочередном включении ИС и непрерывном получении изображений рабочей сцены;
- исключении из обработки теней от окатышей за счет анализа последовательности пяти кадров изображений при различных включенных ИС;
- выделении контуров изображения на основе дифференциальных методов;
- сегментации изображения на основе метода наращивания областей;
- окончательном принятии решения об обнаружении окатышей на изображении;
- определении размера и оценки формы каждого окатыша;
- вычислении массы каждого окатыша.
Рассмотрим каждую операцию более подробно.
Установка и изменение фокусного расстояния видеокамеры указанным образом предназначены для получения изображений с максимально возможным для данной рабочей сцены качеством.
Размещение четырех точечных некогерентных инфракрасных источников света на примерно равном расстоянии от видеокамеры в плоскости, параллельной конвейеру и проходящей через объектив видеокамеры, обеспечивает получение бестеневого изображения окатышей за счет обработки серии из пяти кадров изображений при последовательном включении одного из ИС. В качестве ИС используются светодиоды ближнего инфракрасного (ИК) диапазона. Использование ИК-диапазона позволяет исключить влияние внешнего освещения и за счет этого упростить процесс анализа изображения.
Поочередное включение ИС осуществляется на время, не менее времени получения одного кадра изображения и не более времени получения трех кадров. Выбор минимального времени обусловлен необходимостью получения максимальной освещенности от каждого ИС, а максимального времени - минимизацией смещения окатышей на конвейере.
Исключение из обработки теней от окатышей за счет анализа последовательности пяти кадров изображений при различных включенных ИС заключается в последовательном вычитании изображений с одним из включенных ИС из изображения, полученного при всех включенных ИС, что обеспечивает сохранение яркостей пикселей изображений, принадлежащих теням, и использование их в дальнейшем анализе.
Выделение контуров изображения на основе дифференциальных методов и сегментация изображения на основе метода наращивания областей подробно представлены в литературе (см. например, Lilas, Т. An active 3D robot vision system for robotic welding applications [Text] / T.Lilas, S.Kollias // Machine Graphics and Vision. - 2000. - Vol.9, №.4. - P.743-762.).
Окончательное принятие решения об обнаружении окатышей на изображении заключается в сопоставлении координат центров сегментированных изображений, предположительно принадлежащих окатышам, и центров округлых контуров. В случае совпадения указанных центров с погрешностью не более 5 пикселей принимают решение об обнаружении очередного окатыша и уточнении его границ повторным выделением контуров в области описанного вокруг окатыша прямоугольника.
Заключительными операциями способа являются определение размера, оценка формы каждого окатыша.
Для определения размера предварительно любым из возможных способов определяется высота расположения видеокамеры (например, ультразвуковой или обычной рулеткой). Вследствие того, что данная операция выполняется однократно, допустимо ее ручное выполнение, что никак не влияет на дальнейший процесс автоматического измерения параметров процесса окомковывания.
Вычисление размера (объема) каждого окатыша осуществляется посредством использования широко известной модели видеокамеры с точечной диафрагмой (см., например, Determing camera parameters from the perspective projection of a quadrilaterial [Text] / M.Penna // Pattern Recognition. - 1991. - Vol.24, №6. - P.533-541.). Форма окатыша аппроксимируется эллипсоидом с осью симметрии, параллельной плоскости конвейера. Радиусы эллипсоида вычисляются по результатам ранее выделенных контуров.
Масса каждого окатыша вычисляется как произведение его объема на плотность. Плотность окатыша определяется посредством определения пористости на основе исходного изображения окатыша при известном эталонном значении.
Изобретение позволяет в реальном времени с высокой точностью определять гранулометрический состав окатышей (масса, размеры, скорость на конвейере) без изменения конструкции устройства производства окатышей и полностью автоматизировать процесс окомковывания.