泡沫分析说明书

泡沫粒度分析系统说明书
部门：软件部
XX：X 强
2005年9月2日星期五
XX东方测控技术XX
产品介绍
泡沫粒度分析系统是针对采矿浮选应用领域的专用的图像分析系统。

系统基于计算机视觉技术，实现了对抓取到浮选生产线上的图像进展专业的图像分割和理解，对浮选中的泡沫的相关物理特性进展分析，是国内第一款专业的应用在浮选工艺流程上的图像分析和专家系统。

开发背景
现在的我国的采矿浮选领域，在实际生产中，多是通过有生产经历的工作人员对生产流程中某些关键环节的泡沫的具体的物理特性来判断生产的状况和生产中的矿石品位等关键技术指数。

并且，流程的控制还停留在人工来观察判断的水平。

这些工艺现场的环境很多是十分恶劣的，噪音大，光线暗，有刺激性气体还可能有危险性。

其中，有些关键的控制环节的环境就是不适合工人介入来监测。

长期在这样的环境下工作，不但会使工人们的身体将受到严重的伤害，同时也会影响到对现场检测的准确性和实时性。

对生产的监控指导和效率的改善提高产生很大的偏差。

随着计算机图形图像技术的开展和完善，为浮选生产线上自动化监测和控制提供了新的方向，并且大幅度的提高了监测的准确性和时实性。

泡沫粒度分析系统是基于计算机视觉技术，采用数学形态学和统计学的方法对图像进展处理，可以准确的提取出泡沫图像中的泡沫物理特征，进展有效的判断和理解。

系统经过泡沫专家系统程序的分析，可以监测生产线上的生产状态和具体的生产情况，并给出对工艺流程控制的信息和信号，从而到达对工业现场的无人监管和准确控制的目的。

面向客户
泡沫粒度分析系统主要应用于采矿行业中浮选领域。

该系统可以对浮选生产线上的泡沫图像进展准确的粒度分割，提取出泡沫的粒度面积，形状等相关的物理特性，并进展准确的统计分析。

这样，就可以对检测现场进展很好的时实监控和生产状况的正确把握。

同时，还可以根据泡沫专家系统给出基于生产经历的添加泡沫药剂的具体参数，给出统计趋势分析和工艺上的控制信息和信号。

该系统不受具体浮选种类和图像采集地点的限制，可以应用于在生产过程中依赖于通过对泡沫的物理特征来判断和指导实际生产的浮选现场。

泡沫粒度分析系统经过改装后，可以应用于粮食行业，水果加工行业等工业生产线。

泡沫粒度分析系统通过分析和理解采集到的现场图像，可以准确的掌握生产线的泡沫粒度情况，包括泡沫数量，平均面积，大小比率，泡沫形状等信息，同时，系统的泡沫专家模块可以提供一段时间内的大小和数量的变化趋势。

在冶金采矿行业，通过这些数据我们可以很好的掌握现场实时生产情况，并根据生产趋势来调整生产状态，到达有效的控制浮选药剂的添加，提高生产率，减少设备磨损，节省能源，降低生产本钱，优化生产流程的效果。

特别指出，通过对生产线上的泡沫图象的粒度分析和专家系统的专家推理，可以极大的提高浮选流程的生产效率。

系统原理
泡沫粒度分析系统由数码摄像，照明系统，图像采集，图像分析，专家系统，数据输出等几局部组成。

摄像系统用于安装在浮选工艺生产线上，通过系统控制对分析现场进展实时，稳定，清晰的图像采集并传给系统效劳器。

通过照明系统为数码摄像机提供持续，相对稳定的光源，来消除昼夜变化对系统的影响。

系统中图像分析软件和泡沫专家子系统是系统的核心局部，该局部采用计算机视觉技术，图像粒度转专用技术，数学形态学和统计学等多学科的知识实现的对图像的准确，高效的分析处理。

图像分析软件对采集到的图像进展图像预处理，图像分割，图像分析理解和输出结果等几个步骤，提取出粒度的特征信息和相关趋势分析。

然后，效劳器把计算分析结果分别存入数据库，作为控制信号传给相关硬件设备和显示给系统工作人员，供实时监控和管理。

泡沫专家子系统是根据我们对各个具体的生产现场的工人生产经历提取的数学模型而建立的专家推理系统。

它是基于生产的实际情况，对生产中的各种状态进展经历提取和系统的建模，根据图像分析的结果可以正确的推理出当前的生产状态，并准确的判断出生产线上的各个控制量的变化情况，同时给出添加各个浮选药剂的具体情况和各个控制信息和信号。

我们在图像预处理，图像分割和图像理解等几个环节中使用了先进而高效算法，从而保证了整个系统的高效和使用性。

其中，在图象分析中的面积计算和泡沫形状分析，我们使用了独特而高效算法，完全保证了泡沫相关数据的准确性。

图像分割效果如图1所示，
图1 单幅泡沫图像分割效果图
产品的功能特性
实时性
系统的图像采集局部安装在需要检测的生产线上，进展实时的图像采集，生产线上的情况随时被采集并传送到效劳器中进展分析理解。

图像分析理解软件采用设计先进，高效的算法，完全可以高效的处理检测图片，到达实时跟踪，监视并生产情况的目标。

高效性
图像分析处理软件对图像预处理，图像分割和图像理解几个过程中，采用了图像形态学等多学科知识，从而到达了系统的高效率和系统的优化。

准确率高
通过对图像预处理，图像分割中各个具体步骤的各种算法进展实验性研究，我们得到图像分割效果特别理想算法组合，以保证图像分割后准确性。

经过有针对性的测试，系统图像分割准确性到达95%以上。

自适应能力
泡沫粒度分析系统中照明系统中虽然可以提供稳定，持续的光源。

但是，由于光学原理，系统采集到的图像还是出显光照强度不均匀的情况，比拟典型的就是采集到的图像的中心附近光照强度最大，从光强中心向外辐射性的光强非线性的递减。

图像分析软件中运用几种算法对这种状况进展了有目的的光强补正，以消除这种因为外界条件而带来的不良影响。

经过实验性研究，用程序的方式进展光强补正的方法是可行，并产生了比拟理想的效果。

专家系统
泡沫分析系统对生产线上实时采集的泡沫图像进展图像处理分析，并给出分析结果，到达了我们实时的动态的监视生产情况，但是，这些分析并不能作为我们对流程控制参数。

我们必须通过对这些分析结果进展数据挖掘，趋势分析来对生产线上的情况进展跟踪，进而做出准确的判断。

协同工人的经历值，我们建立泡沫推理系统，以期对生产线进展自动的管理控制。

在矿石泡沫浮选过程中，经历丰富的工人可以根据泡沫的物理特性来判断矿石的品位，判断各种因素影响下泡沫的情形。

我们知道影响泡沫的有两种因素：外界条件因素和流程中的药剂因素，这两种因素决定了泡沫的物理特性。

同样，通过泡沫的物理特性，我们可以找到与这两种因素的对应关系。

就是说，外界条件和药剂决定了泡沫的成像情况，我们也可以通过对泡沫的分析来调节这两种因素，来更好的控制流程，更准确的判断出矿石的品位，并给出合理的生产控制建议。

分析输出
泡沫分析系统结果：泡沫总数量〔采集图像区域范围内计算值〕、泡沫最大直径〔像素〕、泡沫最小直径〔像素〕、泡沫平均直径〔像素〕、泡沫变化趋势值、泡沫平均移动速度、泡沫平均生命周期、泡沫色彩特征向量：R、G、B平均值，R、G、B中间值。

维护方便
系统经过安装调试，稳定运行后，系统友好的界面设计和自动的管理操作使整个系统的维护变得简单而方便了。

其中，数据库的维护只需要定期的备份就可以了。

技术参数
系统采用非接触式在线检测，适用各种流水线运输过程和静态过程中的物料粒度分析。

分析粒度识别直径范围：10mm—200mm，20mm—500mm，100mm—1000mm；分析时间：< 0.3 s ；
数据输出接口类型：数字量，TCP/IP，ModBus协议
用户界面
图2所示为泡沫分析系统的系统参数设定界面。

其中包括泡沫图片文件路径，可识别泡沫的最小值，单幅图像分析时间和泡沫分析初始化值。

图2 泡沫分析系统参数设定界面
泡沫图像分析主界面如图3所示，图像分析界面是向管理人员显示图像分析结果的主界面。

将分析界面的显示区按从左到右，从上到下分为六个区，编号为1至6。

下面分别介绍各个区域的作用：
区域1：实时显示监视系统得到的在传送带或监视现场采集的图像；
●区域2：显示实时处理并标定泡沫中心的分析结果图像，其中用红色箭
头在泡沫中心标定出每个泡沫的运动方向；
●区域3：显示分割后泡沫的形状；
●区域4：显示分析后各种尺寸泡沫的直方图，可以动态的展示出泡沫大
随时间的变化情况；
●区域5：分析系统的局部输出数据，其中包括：泡沫总数，泡沫最大直
径值，泡沫最小直径值，泡沫平直径均值，泡沫变化趋势值，泡沫平均
移动速度，泡沫平均生存周期，泡沫色彩特征向量〔R、G、B平均值，R、
G、B中间值〕。

●区域6：显示粒度分析后得到的变化趋势图。

横轴表示时间，纵轴为泡
沫变化趋势值，分别为：最大值与平均值的比值，最小值与平均值的比
值，平均运动速度和平均生存周期等几个统计量的变化趋势图。

图3 泡沫图像分析主界面
硬件需求
需求名称详细要求
摄像头型号：Sony-DC54AP
产品质量。