计算机单目视觉检测连铸结晶器熔钢液面高度

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.050 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 计算机单目视觉检测连铸结晶器熔钢 液面高度 杨庆军 王绍纯 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要研究了把计算机单目视觉系统应用于连铸结晶器熔钢液面高度检测的可行性，为此 配置了系统硬件，开发出相应的应用软件，进行了冷态模拟实验，结果证明此方法是可行的.在 此基础上提出了一种响应时间短、测量精度高的连铸结晶器熔钢液位测量方法. 关键词连续铸钢：结晶器：计算机视觉：数字图像处理 分类号TP391.41 结晶器熔钢液位的精确检测是实现液位自 的三维结构和运动参数.运动参数是相对的，可 动控制、保证铸坯质量的重要环节，同时也是实 以来自于目标的运动，也可以来自于观察者本 现连铸自动化的关键技术.把计算机视觉和数 身的运动. 字图像处理技术应用于这一领域，是一项可行 图像是二维的，客观物体的几何结构和运 的途径 动空间是三维的，由二维的已知条件去推算三 本文提出了基于PC机的单目计算机视觉 维的未知要素，要遭遇到病态性质的问题.对 检测系统方案，用红外CCD摄像机、图像采集 这一问题的讨论必须以可解性和可解的条件作 卡和P℃机对连铸结晶器的铜质水冷壁与高温 为起点，由于本文讨论的图像处理系统的关键 钢水交线区域内的图像进行采集，利用计算机 在于实时性，即必须通过对连续的两幅图像或 视觉及图像处理技术对所采集的图像进行阈值 多幅图像中的对应参考点进行快速分析与处 化分割以提取边缘，精确地检测出熔钢液面高 理，并将运动参数实时显示， 度. 设在三维空间有物体P,它是一个刚体，P 上的各参考点在运动中的相对位置不变，图像 1单目视觉系统进行运动分析的可 平面是固定的，当在时间时，P在图像平面上 能性 有一透视投影I,而在时间，时，又形成另一透视 投影I'.设三维空间坐标以(x,y,z)来表达，图 计算机视觉是通过计算机技术对视觉信息 像平面以(X,)来表达，图像平面与y,z)为同 进行处理的一种探索及模拟.根据视点数目的 一平面，且z为主光轴.为使以下讨论不失一般 不同分为单目视觉、双目视觉和三目视觉方法. 性，设P的运动即带有旋转又带有位移，旋转以 单目视觉(Monocular Image))是指用一具摄像机 矩阵R来表达，位移以向量T来表达，若(x,y,) 取像，有关被观察物体外形的信息被包含在对 为t时P的重心位置，(x',y,z')为2时P的重心 象的明暗度、纹理、表面轮廓线、阴影、运动等因 位置，(X,)为t时P的像的位置，(X,Y)为t时P 素之中，这种包含性形成了计算机视觉领域中 的像的位置，则该运动可描述为 一个极为丰富的理论内容，它被统称为求外形 问题. +7 (1) 从图像工程来说，运动是以一个图像序列 a] 作为输入信息的，其工程意义在于对运动的量 ru ri2 rm r△x 的理解.也就是通过“看”运动来理解运动物体 式中R=rrr,T△y,△x,△y,△z为3个方向的 rara ral l△z 1999-01-21收稿杨庆军男，29岁，硕士 位移分量

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 匕 计 算机 单 目视 觉检测 连 铸 结 晶 器 熔钢 液 面 高度 杨 庆 军 王 绍 纯 北 京科技 大学信息 工 程学 院 ， 北京 摘 要 研 究 了把计 算 机单 目视觉 系统应 用于 连铸结 晶器熔钢 液面 高度 检测 的可 行性 ， 为此 配 置 了系统硬件 ， 开 发 出相 应 的应用 软件 ， 进行 了冷态模拟实验 结果证 明此方法 是可行的 在 此 基础 上 提 出 了一 种 响应 时 间短 、 测 量 精度 高的连铸结 晶器熔钢 液位 测量 方 法 关键词 连续铸钢 结 晶器 计算机视觉 数字 图像 处 理 分 类号 结 晶器熔钢液位 的精确检测 是 实现液位 自 动 控制 、 保证铸坯质量 的重要 环节 ， 同 时也 是 实 现连铸 自动 化 的关键 技 术 把计 算机视觉 和 数 字 图像处 理 技术应用 于 这一 领域 ， 是 一 项 可 行 的途径 本 文 提 出 了基 于 机 的单 目计 算机视觉 检测 系统 方 案 ， 用 红 外 摄像机 、 图像采集 卡 和 机对 连铸 结 晶器 的铜 质 水 冷壁与 高温 钢 水交线 区域 内的 图像进行采集 ， 利用计 算机 视觉及 图像 处 理技 术对所 采集 的 图像进行 闽值 化 分 割 以提取 边 缘 ， 精确 地检测 出熔钢 液面 高 度 单 目视 觉系统进 行运 动 分析 的 可 能性 计算机视觉是通过 计算机技术对视觉信息 进行 处 理 的一 种 探 索及 模拟 根 据 视 点数 目的 不 同分 为单 目视 觉 、 双 目视觉 和 三 目视觉方 法 单 目视觉 是 指用 一 具 摄像机 取 像 ， 有关被观 察物 体 外 形 的信 息 被包 含 在对 象 的 明暗度 、 纹理 、 表面 轮 廓线 、 阴影 、 运动 等 因 素 之 中 这 种 包含 性 形 成 了 计 算 机视觉领 域 中 一 个 极 为丰 富 的理 论 内容 ， 它 被统 称 为求外 形 问题 从 图像 工 程 来说 ， 运动 是 以一 个 图像序列 作 为输 入信 息 的 ， 其 工 程 意 义 在于 对 运动 的量 的理解 也 就 是 通过 “ 看 ” 运 动 来理解 运动物 体 一 一 收稿 杨庆军 男 ， 岁 ， 硕 士 的三维结构和运动 参数 运动参数是相对 的 ， 可 以来 自于 目标 的运动 ， 也 可 以来 自于 观 察者本 身 的运动 图像 是 二 维 的 ， 客 观物体 的几 何结构和 运 动 空 间是 三 维 的 由二 维 的 己知 条件 去 推 算三 维 的未知要 素 ， 要遭遇到病 态性质 的 问题 ‘ 对 这一 问题 的讨论 必 须 以可解性和 可 解 的条件作 为起 点 由于 本文讨 论 的图像处 理 系统 的关键 在于 实时性 ， 即必 须通过对连 续 的两 幅 图像或 多幅 图像 中 的对 应 参 考 点进行 快 速 分 析 与 处 理 ， 并将运动参数 实时显示 设在三 维空 间有物体 ， 它 是 一 个 刚 体 ， 上 的各参 考 点在 运动 中 的相 对位 置 不 变 图像 平 面 是 固定 的 ， 当在 时 间 时 ， 在 图像平 面 上 有一透视投影 ， 而 在 时 间九时 ， 又 形 成 另 一透视 投影 ‘ 设三 维 空 间坐 标 以 ， ， 来表达 ， 图 像平 面 以 ， 均来表达 ， 图像平 面 与伽 ， 为 同 一 平 面 ， 且 为主 光 轴 为 使 以下 讨论 不 失一 般 性 ， 设 的运动 即 带有旋转又 带有位移 ， 旋转 以 矩 阵 来表达 ， 位 移 以 向量 来表 达 ， 若 ，夕 ， 为 时 的重心 位 置 ， ‘ ， ‘ ， ’ 为九时 的重 心 位 置 ， ，均为 时 的像 的位 置 ， ‘ ， ’ 为九时 的像 的位 置 ， 则 该 运动 可 描述 为 哎沙﹄ 林口卜卜 式 中 二 产，， 尸 ， 公 八 八 ， 匀 ， “ ，匀 ， “ 为 ’ 个方 向的 ， ， 山 位 移 分 量 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．05．050

Vol.21 No.5 杨庆军等：计算机单目视觉检测连铸结晶器熔钢液面高度 ·499· 另外，设该运动着的刚体有一个自旋的轴， p3,△x',△y',z为6个未知量. 它于一2瞬间在x,y,z三维空间内与z轴形成 式(9)是2个联立方程，要求解6个未知量， 夹角9，则 即使它们只具有相对的概念也无法求得惟一 nita n na-nsine n na+nasine 解，现在如果在物体P上取多个参考点，无论对 R=ninza+ngsing n+a nnja-nsine (2) 任何几个参考点来说，p,=n10,p2=n,8,p,=n:0总是 ninza-nsine nana+nsine m5+a3 相同的，位移向量也是以物体经过重心的自旋 式中，a1=1-mcos0a=1-nicos8,a,=1-icos8, 转为基准的，因而无论取几个参考点，对同一幅 a=l-cos:n,n2,h分别为该自旋轴的各方向余 图像来说，有5个变量p,m,P,△x',△y'被认为是 弦，且++=l.在sin0≈≈0时，R的表达式可 简化为： 共有的，惟一发生变化的是忌·因而每增加 1-n0n,0 1对参考点，将增多1个未知量z. R=n30 1 -n16 (3) 综上所述，设在两幅图像中取n个参考点， -n20n10 1 则可以建立的方程数为2n,而未知量个数为6+ 在和，两个时刻，I与I'的关系为： (n-1)=+5,因而可以得到惟一解的参考点对数 [X'=X+△X Y'=Y+AY (4) 为2n=n+5,即n=5,因而如果取5对参考点，可 因为是透视投影，所以有投影关系： 得惟一解：p,2,p,△x',△y'212,232,25.在实际计 算时，为减少噪声等的影响，参考点的对数常大 =F空 于5，并采用估计技巧来把误差降低到最小. (5) X-FY 2硬件 式中，F为光学系统的焦距，可以看出：由图像上 经投影得到的坐标位置并不与物体的绝对形状 基于视觉原理获取物体三维信息主要是通 参数x和y以及观察点距物体的绝对距离z有 过单目视觉方法和多目视觉方法.单目视觉方 关，而只决定于形状与距离的一个相对比例xz 法结构简单，易于实现实时监测，所以，本课题 和yz. 选择单目视觉方案.计算机数字图像处理系统 由式(4)和(5)，且采用新的变量系统 有两种基本形式，一种是双屏显示结构，另一种 -g△& 形式是图像信号与微机显示系统信号混叠的单 z (6) 屏显示结构.单屏结构操作方便，成本低，而且 Ay,品 随着计算机显示系统性能的日益提高，使其在 同时再以式（③）的旋转关系矩阵带入后，可得 功能上完全满足一般场合的需要，本课题采用 4 b,6i+F△x'-FX 单屏显示结构.根据取样等级(AD的位数)不 -(nX-nY)0z+Fz+F 同可以得到具有不同灰度范围的黑白图像，本 (7) AY-器下 课题的图像系统是采用8位AD得到256级的 灰度图像.系统硬件组成如图1所示 式中b,=-(FnY-Fn2-nX+nXm,b=-(-FnX+ Fn+nY2-nXY). 图像采集卡是目前使用最广泛的图像数字 p,=n,0 如果，以%=n,8 VIDEO-PCI-SM (8) p:-n0 图像采集卡 门 lPi+P:+P;-G CCD摄像机 代入式(7)，则可得 一一一一一一一 MTV-1881-EX AX--IFY0-(F+X)0:+XY@.J3+FAr'-FX S600DX显示卡 -(@X-0Y)z+Fz+F VIRGEDX △r--FXo,+4y2e=Xe:1+F△y'-Fy(9) -(pX-p,2+F2+F 显示子系统 对式(9)来说：△X,△Y,X,Y取自两幅图像上的2个 主机 像I和I'的坐标位置，因此它们是已知量：p,p2, 图1系统硬件组成

心 一 杨庆军 等 计 算机单 目视 觉 检测连铸结 晶器熔钢 液面 高度 另外 ， 设该运动着 的刚体有一 个 自旋 的轴 ， 它于 ，一 九瞬 间在 ， ， 三 维 空 间 内与 轴 形 成 夹角 ， 则 斌 ” 二 ， 盆一 ” ， ，妙 ，，乎竺 ” ， ， ， 一 口 十 分 ’ ’ ’ 愁 ， ， 、 ， ， 丁 ” ’“ ， ‘ ， 宝 式 中 ， 一 嘴 ， 一 ， 一 母 民 一 ， 伪 ， 分别为该 自旋轴 的各 方 向余 弦 ， 且嘴 哈嘴 在 二 二 时 ， 的表 达式 可 简化为 一 ” ‘ 一 一 口 在 ，和九两个时刻 ， 与 ‘ 的关系为 气丫斗 万 件△ 因为是透视投影 ， 所 以有投影关系 加哗 大导沪乙 汽欲 ‘ ，勿 ’ ， 牙为 个 未知 量 式 是 个联立方 程 ， 要 求解 个未知 量 ， 即 使 它 们 只 具 有 相 对 的概 念 也 无 法 求得 惟一 解 现在 如 果 在 物体 上取 多个参 考 点 ， 无论 对 任何几个参考点来说 ， 码 ， 仇 斑 ， 仇 总是 相 同 的 位移 向量 也 是 以物 体经过重 心 的 自旋 转 为基准 的 ， 因而无论取 几个参考 点 ， 对 同一 幅 图像来说 ， 有 个变量沪 ，汽汽公 ’ ，匆 ‘ 被认 为是 共 有 的 ， 、 ’ “ 惟 一 发 生变化 的是卜告 因 而每增 加 ” 协 一 『“ “ △之 ’ ” ， ， 月 对 参考 点 ， 将增 多 个未知 量牙 综上 所 述 ， 设在两 幅 图像 中取 个参考 点 ， 则可 以建立 的方程数为 ， 而 未知量 个数为 一 ， 因 而可 以得到惟一 解 的参考点对数 为 ， 即 ， 因 而 如 果 取 对参 考 点 ， 可 得惟一 解 沪 、，仇汽酞 ’ ，匀 ’ 声二禹二 ， 在实际计 算时 ， 为减 少 噪 声等 的影 响 ， 参 考点 的对数常大 于 ， 并 采用 估计技 巧 来把误差 降低到最 小仪， 式 中 ， 为光学系统 的焦距 可 以看 出 由图像上 经投影得到 的坐标位置 并不 与物体 的绝 对 形状 参数 和 以及 观 察点距 物体 的绝 对 距 离 有 关 ， 而 只 决定于 形状与距 离的一 个 相对 比例 和 由式 和 ， 且采用新的变量 系统 ， 酝 ， 公 八。 ， 兰艺 升止乙 ， △艺 ‘ ’ 一 △之 同时再 以式 的旋 转 关系矩 阵带入 后 ， 可 得 ，虎 凡公 ’ 一卢二 五 一 下 花 一一 天 屯 一 刀沐 一 陀 口尝十户 十户 △ 七 式中 瓦 一 ， 尸 一 矛 十 】 均 ， 瓦二 一 卜 卜粉 尸 十 一 均 硬 件 基 于 视觉 原理 获取物体三 维信 息主 要是通 过 单 目视觉 方 法和 多 目视 觉方 法 单 目视觉方 法 结 构简单 ， 易于 实现 实时监 测 ， 所 以 ， 本课题 选择 单 目视 觉 方 案 计 算 机数字 图像处 理 系 统 有两种基本形 式 ， 一种是双 屏 显示 结构 ， 另一种 形 式是 图像信号与微机显 示系统信号混叠 的单 屏 显 示 结 构 单屏 结 构操 作 方 便 ， 成本 低 ， 而 且 随着 计 算机 显 示 系统性 能 的 日益提 高 ， 使其在 功 能上 完 全满 足 一 般场 合 的 需要 本课题采用 单 屏 显 示 结 构 根据 取 样 等级 了 的位 数 不 同可 以得 到 具 有 不 同灰度 范 围的黑 白图像 本 课题 的 图像 系 统 是 采用 位 刀 得 到 级 的 灰度 图像 系统硬件组 成 如 图 所 示 图像采集卡 是 目前使用 最广 泛 的图像数字 如果 ， 以 势 势 势子十中圣沪圣夕 摄像机 代入式 一 ， 则可 得 二 尸翔 一 俨王尤 仇 万翔 」牙 凡狄 ‘ 一卢凭， 一 ‘ 一 必式‘ 码 均牙十凡 尸 对 式 来说 二八袱幼书袱 取 自两 幅 图像 上 的 个 像 和 ’ 的坐 标位置 ， 因此它们 是 己知量 沪 燕 ， 一 一 图像采集卡 显 示 卡 心 图 系统硬件组成

·500· 北京科技大 学学报 1999年第5期 化装置.在本系统中图像采集卡选用北京大恒 摄像机作为图像获取设备， 图像视觉有限公司开发、研制的基于PCI总线 的VIDEO-PCI-SM高速动态黑白图像采集卡. 3软件 本图像处理系统选用敏通(MINTRON)公司生产 软件系统的逻辑结构如图2所示. 的MTV-1881EX型低照度、高分辨率黑白CCD 用户操作界面（菜单、文本输出） Image Grab Display Image Processing Analysis Calculate Output Microsoft Visual C1.0IDE图像采集卡开发库 操作系统(Windows95) VGA-BIOS VGA驱动程序 PC-BIOS VIDEO-PCI-SM图像采集卡驱动程序 图2软件系统的逻辑结构 整个系统呈层次结构：最下层实现图形的 物体和背景的强度分成2个不同的区域.从背 显示与生成、灰度/色彩设置、外设驱动等各种 景中提取出物体的一种直观方法是选择一个阙 操作：第二层为系统开发工具库及图像采集卡 值T将2个强度区域分开.然后，将所有x,y)> 开发库，提供各种应用程序开发的库函数：第三 T的点(x,y)称之为物体点，其他点则称为背景 层为系统主体，由6个功能模块构成，用于完成 点 图像采集、显示、预处理、分析与特征参数计算 根据上述概念，我们可将阙值化看作是对 以及结果输出等功能.其中图像处理与分析包 下面函数T的一种运算，T=Txy,p(xy),fxy],其 括直方图计算、阙值获取、二值化处理、固定帧 中x,y)是点(x,y)的强度，p,y)表示该点的某 减运算等，系统的最高层为用户接口，用于功能 种局部性质，例如点(x,y)为中心的邻域内的平 选择和信息的输出，用户可以通过功能键或鼠 均强度.可用如下方式求得阙值化图像： 标来选择要执行的功能 本软件是在Windows95操作系统上，利用 w6wT Microsoft Visual C1.0的集成开发环境(IDE),在 考察x,),我们得知，标记为1（或任何其 VIDEO-PCI-SM图像卡的生产商一北京大恒 他的约定强度级)的像素对应于物体，而标记为 图像视觉有限公司所提供的图像卡开发库基础 0的像素对应于背景. 上编制的DOS应用程序. 当T只与x,y)有关时，阙值称为整体阙值 图像分割是实现边缘检测的重要手段之一， (如上例所示)，若T取决于x,y)和p(x,y)二 主要包括阅值化和区域增长两大类方法.利用 者，则称之为局部阈值.整体阙值应用在照明比 阙值化方法进行图像分割的关键在于阈值选 较均匀并且物体和背景之间有清楚界限的场 取，分为整体阈值选取和局部阈值选取两种方 合.而在有些情况下，由任意照明条件产生的图 法.2种方法本质上并无区别，只是作用域不同 像，在用阙值化技术分割时，需要使用某种类型 的局部分析，以补偿非均匀照明的影响（例如阴 而已， 假定图3所示的直方图对应于一幅图像∫ 影、反射等).本系统采用整体阈值化技术进行 (x,y),该图像是在暗背景上有亮的物体，这使得 图像分割并最终检出图像边缘. 4实验 实验用结晶器为组合式，其断面尺寸为： 新 204mm×162mm.由于本研究课题尚属初步研究 纸 阶段，因此首先采用冷态模拟实验，即将连铸保 护渣撒在一金属板上，在不加热的情况下，用一 t 液压装置升降该金属板，同时利用位置相对结 T 灰度值 晶器周定的摄像头摄取金属板与结晶器内壁交 图3灰度直方图 线的图像，由开发的计算机视觉及图像处理系

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 化装 置 在 本 系统 中 图像 采集 卡 选用 北 京大 恒 图像视觉有 限 公 司 开 发 、 研制 的基 于 总线 的 一 一 高速动 态黑 白图像采集 卡 本 图像处理系统选用 敏通 顶 公 司 生 产 的 一 型 低 照 度 、 高分辨 率 黑 白 摄 像 机作 为 图像 获 取 设 备 软件 软 件 系统 的逻辑 结 构 如 图 所 示 用 户操作 界 面 菜单 、 文本输 出 图像采集卡开 发库 操作系统 一 一 驱 动 程 序 一 一 图像采集 卡驱 动 程 序 图 软件 系统 的 逻辑 结构 整个 系统 呈 层 次结构 最 下 层 实现 图形 的 显 示 与 生 成 、 灰度 色彩 设 置 、 外 设 驱 动 等各 种 操作 第 二 层 为 系统 开 发工 具库 及 图像采集 卡 开 发库 ， 提供各种应用程序开 发 的库 函 数 第三 层 为系统主体 ， 由 个功能模块构成 ， 用于 完成 图像采集 、 显 示 、 预 处 理 、 分析 与特 征参数计 算 以及 结 果输 出等功 能 其 中图像 处 理 与分 析包 括直 方 图计 算 、 闽值获取 、 二 值化 处 理 、 固定 帧 减运算等 ， 系统 的最高层 为用 户接 口 ， 用 于 功 能 选择和 信 息 的输 出 ， 用 户 可 以通过功 能键 或 鼠 标来选择 要执行 的功 能 本软件 是 在 操作 系 统上 ， 利 用 矶 的集成 开 发环 境 ， 在 一 一 图像卡 的生 产商－ 北 京大恒 图像视觉有 限 公 司 所提供 的 图像卡 开 发库基础 上 编制 的 应 用 程序 图像分割 是 实现边缘检测 的重要 手段之一 ， 主 要包括 闽值 化和 区 域增 长 两 大 类方 法 利 用 闽 值 化 方 法 进 行 图像 分 割 的 关 键 在 于 闽值 选 取 ， 分 为整 体 阐值选 取和 局 部 闽值选取 两 种方 法 种 方法本质 上 并 无 区 别 ， 只 是作用 域 不 同 而 己 假 定 图 所 示 的 直 方 图对 应 于 一 幅 图像厂 ，夕 ， 该 图像是在 暗背景上 有亮 的物体 ， 这使得 物 体和 背景 的强度分成 个 不 同 的 区 域 从 背 景 中提取 出物体 的一 种直 观方 法 是选择一 个 闽 值 丁将 个 强 度 区 域分 开 然 后 ， 将 所 有力 ， 力 的 点 ， 称之 为物体 点 ， 其他 点则 称 为背景 点 根据 上 述 概念 ， 我们 可 将 闽值化看作是对 下 面 函 数 的一种运算 ， 爪少， 对沪以必〕 ，其 中力 ， 力是 点 ，力的强度 ， ，少 表示 该 点 的某 种局 部 性 质 ， 例 如 点 ，力为中心 的邻域 内的平 均 强 度 可 用 如 下 方式求 得 闽值化 图像 以工功 ，爪无必 沪 必‘ ’ 考察以不沙 ， 我们得知 ， 标 记 为 或任何其 他的约定强度级 的像素对应于物体 ， 而标记为 的像素对应于 背景 当 只 与力 ， 有关 时 ， 闽值称 为整 体 闽值 如上 例 所示 ， 若 取决于 力 ， 力和 ， 力二 者 ， 则称之 为局 部 阑值 整体 闽值应用在照 明 比 较 均 匀 并且 物 体 和 背 景 之 间有 清 楚 界 限 的 场 合 而 在 有些情况下 ， 由任意照 明条件产 生 的 图 像 ， 在 用 阂值化技术分割 时 ， 需要 使用 某种 类型 的局 部分析 ， 以补偿非均匀照 明的影 响 例如 阴 影 、 反射 等 本系统采用 整 体 阑值化技术进行 图像分割 并最终检 出图像边缘 氮报肠 灰度值 图 灰度 直 方 图 实验 实 验 用 结 晶 器 为 组 合 式 ， 其 断 面 尺 寸 为 们 ‘ 由于 本研究课题 尚属初步研究 阶 段 ， 因此 首先采用冷态模拟 实验 ， 即将连铸保 护 渣撒 在 一 金 属板上 ， 在不 加 热 的情况下 ， 用 一 液压 装 置 升 降该 金 属 板 ， 同 时利 用位 置 相 对 结 晶器 固定 的摄像 头摄取金 属板与 结晶器 内壁交 线 的 图像 ， 由开 发 的计 算机 视 觉 及 图像 处 理 系

Vol.21 No.5 杨庆军等：计算机单目视觉检测连铸结晶器熔钢液面高度 ·501· 统监测该模拟液位的变化， 满足连铸结晶器液面高度检测对系统的要求； 监测画面中线位置的高度尺读数为： 系统硬件的选型与配置是合理的，无论是在相 24.730cm.监测画面最高位置的高度尺读数为： 互兼容性方面，还是在整体性能方面，以及系 33.715cm.由以上2个数据可以得到整个监视 统将来的可扩展性方面都达到了应有的水平： 画面窗口所摄取的高度方向的尺寸为：2× 根据连铸结晶器液位图像的具体情况，本文采 (33.715cm-24.730cm-17.970cm.监测画面 用阙值化法进行图像分割并最终检测出图像 窗口大小为：（横向）300(pixels)×(纵向)412(pi- 的边缘从而提取出物体的位移运动参数.实验 xels)总像素数为：123600(pixels).每一行像素 证明这些算法是正确而有效的，根据这些算法 所表示的高度值为：17.970cm÷ 编制的程序运行结果符合预期的要求. 412(pixels)=≈0.0436cm,检测前获取阈值为148. 参考文献 通过实验测试，系统最大引用误差为053%.响 应时间0.5s. 1 Weng J,Huang T S,Ahuja N.Motion and Structure from Two Perspective Views:Algorithm,Error Analysis,and 5结论 Error Estimation.IEEE Trans,1989,11(5):451 2 Broida T J,Brown MT,Lee C H.Recursive 3-D Motion 本文采用的单目视觉方法，单屏显示结构， Estimation from Monocular Image Sequence.IEEE Trans5,1982,26(7)639 黑白图像系统等总体技术方案是正确的，可以 Application of Computer Monocular Vision in Moulds Level Measuring for Continuous Casting Steel Yang Oingjun,Wang Shaochun Information Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The possibility of monocular vision system put into use on moulds level measuring in continu- ous casting steel is researched.Based on hardware configuration,corresponding software has been developed. The experiment has been done,the result is fesaible.So an new solution to measure moulds level in continuous casting steel is proposed. KEY WORDS continuous casting steel;moulds;computer vision;digital image pressing

一 一 杨庆军 等 计 算机单 目视觉 检测连 铸结晶器熔钢 液面 高度 统 监测 该模拟 液位 的变化 监 测 画 面 中 线 位 置 的 高 度 尺 读 数 为 监测 画 面 最高位 置 的高度 尺读 数 为 由以上 个数据可 以得 到整 个监 视 画 面 窗 口 所 摄 取 的 高 度 方 向 的 尺 寸 为 一 监 测 画 面 窗 口 大小为 横 向 纵 向 总像素数为 印 每 一 行 像 · 素 所 表 示 的 高 度 值 为 ” ， 检测前获取 闽值 为 通过实验测试 ， 系统最 大 引用误差 为 响 应 时间 结论 本文采用 的单 目视觉方法 ， 单屏 显 示 结构 ， 黑 白图像系统等总体技术方案是正 确 的 ， 可 以 满 足 连铸 结 晶器液面高度检测 对 系 统 的要 求 系统硬件 的选 型 与配置 是 合 理 的 ， 无 论 是 在相 互 兼 容性 方 面 ， 还 是在 整 体性 能方面 ， 以及 系 统将 来 的可 扩 展 性方面都达 到 了应有 的水平 根据 连铸 结 晶器液位 图像 的具 体情 况 ， 本 文 采 用 闽 值 化 法 进 行 图像 分 割 并 最 终 检 测 出 图像 的边缘 从 而提 取 出物体 的位移运动参数 实验 证 明这 些算法 是 正 确而有 效 的 ， 根据这 些算 法 编制 的程序运行 结果符合 预 期 的要求 参 考 文 献 七 ， ， 劝 ， ， ， ， ， ， 一 ， ， 馆 ， 肠馆 ， ， 硕 ，