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,22 北京科技大学学报 第32卷 量，又关系到设备造价，普通的光学镜头可见光成 像，红外对应镜头对红外光成像.灰尘干扰严重时， 4料流图像的边缘算法 物体反射回镜头的红外光不能有效聚焦到CCD靶 由于在高炉工作现场视频采集受干扰严重，必 面上，红外夜视效果就会大打折扣，根据高炉测试 须对图像进行滤波处理，然后采用不同的边缘算子 的工作环境，在选择镜头时应注意以下几点：①镜头 对图像分析，获得布料过程中的料流轨迹和落点位 的成像尺寸应与摄像机CCD靶面一致；②镜头的分 置信息，对同一时刻的图像分别采用Robert内 辨率，同样尺寸的镜头分辨率越高越好：③镜头焦距 Sobel Prew itt和Canny四种经典边缘算子对图像进 与视野角度，根据摄像机与被监控目标的距离选择 行对比分析，确定优化算子和正确阈值，结果进行比 镜头的焦距，镜头焦距F确定后则由摄像机靶面决 较以选取最佳的结果， 定视野；④光圈或通光量；⑤对于噪声的屏蔽，灰尘 (l)R oberts边缘检测算子，Roberts算子是最 的隔离 简单的梯度算子，由两个2×2模板组成边缘检测 (2)系统调焦，通过光学人员的精心设计和选 器，通常取两个模板检测结果中幅度较大的作为输 材，使镜头在整个变焦过程中始终保持图像清楚， 出值.Roberts边缘检测算子是一种利用局部差分 克服变焦镜头在变焦过程中随时调焦的烦恼；焦距 算子寻找边缘算子，它采用对角线方向相邻两像素 实时调整，镜头能在变焦过程中实时显示镜头的焦 之差近似梯度幅值检测边缘，检测垂直边缘的效果 距值，实时测量目标物的距离或大小，做到跟随焦距 好于斜向边缘，定位精度高，但对噪声敏感，它由下 自动调整对准物体，采用宽光谱镀膜，光谱范围从 式获得信息： 可见光区到红外光区，镜头除保证在可见光范围有 高透过率外，在红外部分也有高透过率.为保证在 g(xy)=[x y)-f(x+1y+1)]+ 高炉内部环境中灵活使用，对CCD图像采集进行增 [(x+Ly)+y+西]Hb (1) 强，提高图像的采光量，极大地增加图像清晰度 (3)防护罩，防护罩对红外灯的效果也有影 (2)Sobel边缘检测算子.Sobelf梯度算子是先 加权平均，再微分求梯度，Sobel边缘算子的每个点 响，红外光在传输过程中，通过不同介质，透射率和 反射率也不同.不同的视窗玻璃，特别是自动除霜 都用下式作卷积，其中x方向的卷积V,f(y)对通 镀膜玻璃，对红外光的衰减也不同，因为夜视系统 常的垂直边缘响应最大，y方向的卷积V,f(。y)对 的运用场合都比较特殊，所以对防护罩的产品质量 水平边缘响应最大，取二者的最大值作为该点的输 出位，结果是边缘最大幅度图像 及防护要求都比较高，在选择护罩时必须考虑玻璃 和镀膜对通光量的影响， Vf(xy)=f(x-1,y+1)+2fxy+1)+ (4)激光JGSG50000的设计指标见表1 f(x+1,y+1)-f(x-1,y-1)- 表1激光栅格技术参数 2f(xy-1)-f(x+1y-1) Table 1 Technical panmeters of laser gril Vfsy)=(x-1,y-1)+2f(x-1,y)+(2) 技术参数指标 技术参数选用 f(x-1y+1)-f(x+1,y-1)- 激光波长 红外波段、可见光波段和紫外光波段可选 2f(x+1,y)-f(x+1,y+1) 激光功率 G-5W,10W,15W,20W P(xy)=max lv,f(x y）↓N,f(sy)l} 扫描系统 精密步进电机 (3)Prew itt边缘检测算子，Prew itt算子是利用 激光效果 直线型极坐标栅格 像素点上下、左右邻点的灰度差，在边缘处达到极值 栅格编辑 专用控制器，存储多种栅格图像 检测边缘，去掉部分伪边缘，对噪声具有平滑作用， 控制接口 Pangolin控制系统、控制端口 其原理是在图像空间利用两个方向模板与图像进行 播放方式 声控、自动和专用控台控制 邻域卷积来完成的，这两个方向模板一个检测水平 机器类型 大容量高速单片机 边缘，一个检测垂直边缘，凡灰度新值大于或等于 电源幼耗 110V220V,50-60Hz150W 阈值的像素点都是边缘点，即选择适当的阈值 尺寸 350mm X205mm X115mm THZ若P(y≥THZ则(y)为边缘点，P(xy) 质量 25 kg 为边缘图像.对数字图像f(xy),Prew itt算子如下： 连续工作时间 关机后建议休息3h再开启北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 量又关系到设备造价．普通的光学镜头可见光成 像红外对应镜头对红外光成像．灰尘干扰严重时 物体反射回镜头的红外光不能有效聚焦到 ＣＣＤ靶 面上红外夜视效果就会大打折扣．根据高炉测试 的工作环境在选择镜头时应注意以下几点：①镜头 的成像尺寸应与摄像机 ＣＣＤ靶面一致；②镜头的分 辨率同样尺寸的镜头分辨率越高越好；③镜头焦距 与视野角度根据摄像机与被监控目标的距离选择 镜头的焦距镜头焦距 Ｆ确定后则由摄像机靶面决 定视野；④光圈或通光量；⑤对于噪声的屏蔽灰尘 的隔离． （2） 系统调焦．通过光学人员的精心设计和选 材使镜头在整个变焦过程中始终保持图像清楚． 克服变焦镜头在变焦过程中随时调焦的烦恼；焦距 实时调整镜头能在变焦过程中实时显示镜头的焦 距值实时测量目标物的距离或大小做到跟随焦距 自动调整对准物体．采用宽光谱镀膜光谱范围从 可见光区到红外光区镜头除保证在可见光范围有 高透过率外在红外部分也有高透过率．为保证在 高炉内部环境中灵活使用对 ＣＣＤ图像采集进行增 强提高图像的采光量极大地增加图像清晰度． （3） 防护罩．防护罩对红外灯的效果也有影 响红外光在传输过程中通过不同介质透射率和 反射率也不同．不同的视窗玻璃特别是自动除霜 镀膜玻璃对红外光的衰减也不同．因为夜视系统 的运用场合都比较特殊所以对防护罩的产品质量 及防护要求都比较高．在选择护罩时必须考虑玻璃 和镀膜对通光量的影响． （4） 激光 ＪＧＳＧ50000的设计指标见表 1． 表 1 激光栅格技术参数 Ｔａｂｌｅ1 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｌａｓｅｒｇｒｉｄ 技术参数指标 技术参数选用 激光波长 红外波段、可见光波段和紫外光波段可选 激光功率 ＰＧ--5Ｗ10Ｗ15Ｗ20Ｗ 扫描系统 精密步进电机 激光效果 直线型极坐标栅格 栅格编辑 专用控制器存储多种栅格图像 控制接口 Ｐａｎｇｏｌｉｎ控制系统、控制端口 播放方式 声控、自动和专用控台控制 机器类型 大容量高速单片机 电源／功耗 110Ｖ／220Ｖ50～60Ｈｚ150Ｗ 尺寸 350ｍｍ×205ｍｍ×115ｍｍ 质量 25ｋｇ 连续工作时间 关机后建议休息 3ｈ再开启 4 料流图像的边缘算法 由于在高炉工作现场视频采集受干扰严重必 须对图像进行滤波处理然后采用不同的边缘算子 对图像分析获得布料过程中的料流轨迹和落点位 置信息．对同一时刻的图 像 分 别 采 用 Ｒｏｂｅｒｔｓ、 Ｓｏｂｅｌ、Ｐｒｅｗｉｔｔ和 Ｃａｎｎｙ四种经典边缘算子对图像进 行对比分析确定优化算子和正确阈值结果进行比 较以选取最佳的结果． （1） Ｒｏｂｅｒｔｓ边缘检测算子．Ｒｏｂｅｒｔｓ算子是最 简单的梯度算子由两个 2×2模板组成边缘检测 器通常取两个模板检测结果中幅度较大的作为输 出值．Ｒｏｂｅｒｔｓ边缘检测算子是一种利用局部差分 算子寻找边缘算子它采用对角线方向相邻两像素 之差近似梯度幅值检测边缘．检测垂直边缘的效果 好于斜向边缘定位精度高但对噪声敏感．它由下 式获得信息： ｇ（ｘｙ）＝｛［ ｆ（ｘｙ）— ｆ（ｘ＋1ｙ＋1） ］ ＋ ［ ｆ（ｘ＋1ｙ）＋ ｆ（ｘｙ＋1） ］｝ 1／2 （1） （2） Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子．Ｓｏｂｅｌ梯度算子是先 加权平均再微分求梯度．Ｓｏｂｅｌ边缘算子的每个点 都用下式作卷积．其中 ｘ方向的卷积 Ｖｘｆ（ｘｙ）对通 常的垂直边缘响应最大ｙ方向的卷积 Ｖｙｆ（ｘｙ）对 水平边缘响应最大取二者的最大值作为该点的输 出位结果是边缘最大幅度图像． Ｖｘｆ（ｘｙ）＝ｆ（ｘ—1ｙ＋1）＋2ｆ（ｘｙ＋1）＋ ｆ（ｘ＋1ｙ＋1）—ｆ（ｘ—1ｙ—1）— 2ｆ（ｘｙ—1）—ｆ（ｘ＋1ｙ—1） Ｖｙｆ（ｘｙ）＝ｆ（ｘ—1ｙ—1）＋2ｆ（ｘ—1ｙ）＋ ｆ（ｘ—1ｙ＋1）—ｆ（ｘ＋1ｙ—1）— 2ｆ（ｘ＋1ｙ）—ｆ（ｘ＋1ｙ＋1） Ｐ（ｘｙ）＝ｍａｘ｛｜Ｖｘｆ（ｘｙ）｜｜Ｖｙｆ（ｘｙ）｜｝ （2） （3） Ｐｒｅｗｉｔｔ边缘检测算子．Ｐｒｅｗｉｔｔ算子是利用 像素点上下、左右邻点的灰度差在边缘处达到极值 检测边缘去掉部分伪边缘对噪声具有平滑作用． 其原理是在图像空间利用两个方向模板与图像进行 邻域卷积来完成的这两个方向模板一个检测水平 边缘一个检测垂直边缘．凡灰度新值大于或等于 阈值的像素点都是边缘点．即选择适当的阈值 ＴＨＺ若 Ｐ（ｘｙ）≥ＴＨＺ则 （ｘｙ）为边缘点Ｐ（ｘｙ） 为边缘图像．对数字图像 ｆ（ｘｙ）Ｐｒｅｗｉｔｔ算子如下： ·22·