爐口火焰序列圖像顏色特征提取方法.pdf

1、轉(zhuǎn)爐煉鋼的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的多相物理化學(xué)過(guò)程，不同鋼水成分、不同溫度所產(chǎn)生的光譜波長(zhǎng)及變化頻率不同，為實(shí)現(xiàn)有效的控制，所提取的特征越全面、越具有代表性，越有利于提高控制的魯棒性，為使圖像特征提取所花費(fèi)的時(shí)間滿足實(shí)時(shí)控制的要求，通常需要把三維彩色圖像轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字圖像，縮短圖像特征提取時(shí)間，目前應(yīng)用最為廣泛的是多變量圖像分析(Multivariate Image Analysis, MIA)方法，本文利用MIA方法的核心主元變換(Princ

2、ipal-Component Analysis,PCA)把三維的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維，在二維平面設(shè)計(jì)多個(gè)固定大小的窗口，采用區(qū)域聚類(lèi)分析方法確定窗口的大小，直接提取火焰標(biāo)志顏色特征。這是本文的創(chuàng)新點(diǎn)，在窗口中選定的顏色是單一的純顏色，而不同于以往對(duì)整個(gè)圖像隨機(jī)混合顏色的提取，這樣就能更好的反應(yīng)出冶煉過(guò)程中火焰的顏色變化特征。采用冶煉同一類(lèi)型鋼種的不同爐次進(jìn)行對(duì)比分析說(shuō)明方法的有效性。在頻率特征提取方面，利用小波包分析的方法能很好的看出火焰

3、頻率的變換特征。
　　本文所做的工作包含以下幾個(gè)方面：
　?。?）一致性特征矢量的選取。特征矢量是由協(xié)方差矩陣決定的。研究中選取全部圖像、吹氧結(jié)束前三分之一的圖像、火焰標(biāo)志顏色明顯的圖像以及標(biāo)志性顏色組成的圖像四種方式來(lái)確定協(xié)方差矩陣及其對(duì)應(yīng)的特征矢量，并依據(jù)主成分t1,t2值的范圍差距來(lái)選取一致性特征矢量。
　　（2）火焰圖像顏色特征提取。采用一致性特征矢量對(duì)序列圖像進(jìn)行 MPCA變換得到主成分（t1-t2）對(duì)應(yīng)的得

4、分散點(diǎn)圖（256×256直方圖）。利用聚類(lèi)方法確定顏色窗口大小，通過(guò)顏色窗口在得分散點(diǎn)圖提取序列圖像顏色像元數(shù)量隨時(shí)間變換特征，計(jì)算顏色變換前后的類(lèi)內(nèi)距和類(lèi)間距，得知圖像變換前后顏色的聚類(lèi)性能具有一致性。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)聚類(lèi)分析的方法所提取的顏色特征能較好地反映轉(zhuǎn)爐煉鋼物理化學(xué)過(guò)程。
　?。?）火焰頻率特征提取。通過(guò)小波包分解，選擇小波包的參數(shù)，對(duì)每種顏色的分解的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)并計(jì)算出重構(gòu)節(jié)點(diǎn)的能量，最終得到爐口火焰的頻率特征。