[發明專利]基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障診斷方法

有效

• 申請號: 201910196650.0
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109978031B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 李亞軍;張穎偉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06V10/764
• 分類號: G06V10/764;G06V10/771;H04N7/18
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

本發明提供一種基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障診斷方法，涉及工業冶煉過程控制技術領域。該方法首先在電熔氧化鎂的工業過程中利用多個攝像頭從多個視角采集電熔氧化爐圖像數據并將其灰度化，得到每個視角采集的視頻圖像的灰度矩陣；然后建立基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障模型，并計算得到模型中的灰度特征矩陣、每個視角的權重系數、每個視角的映射關系矩陣及殘差；最后通過多個視角重新采集電熔氧化鎂熔煉過程的待檢測數據圖像對電熔鎂爐工況進行檢測。本發明提供的基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障診斷方法，在復雜的現場環境下能有效地提升識別電熔鎂爐熔煉運行狀態的識別度和準確性，大大降低過程檢測的誤報率、漏報率。

技術領域

本發明涉及工業冶煉過程控制技術領域，尤其涉及一種基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障診斷方法。

背景技術

電熔氧化鎂是一種重要的耐火材料，它具有以下優點：熔點高、結構致密、抗氧化性強、耐壓強度高、耐腐蝕性強、化學性能穩定，因此在多種工業生產中得到了廣泛應用。電熔氧化鎂爐是用于生產電熔氧化鎂的主要設備之一，是一種礦熱電弧爐。隨著熔煉技術的發展，電熔氧化鎂爐已經成為電熔氧化鎂生產的主要設備。

在實際應用中，當原料的粒度、成分、熔點等發生變化時，電極底部與熔池之間的距離會產生波動。這種未知的波動將導致電流的波動，之前的電流設定值將不再適用于變化的工況，此時會產生更高的能量消耗，系統性能下降甚至具有安全威脅。以排氣異常工況為例，當原料的粒度發生變化時，原來的電極動作無法完全使熔煉過程中產生的二氧化碳氣體排出，即排氣工況的電流設定值不再適用，電熔氧化鎂爐內的壓強將升高，當壓強升高到一定程度時，高溫熔漿將隨氣體一起排出爐外，飛濺的高溫熔漿將對設備造成嚴重損壞，對操作人員的人身安全造成極大威脅。同時，在飛濺產生的過程中，大量的能量損失提高了電熔氧化鎂爐的單噸能耗。除此之外還有由于電極距離爐壁距離過近，爐壁燒穿進而導致產品外漏，同樣造成巨大經濟財產損失。由于外界的強烈干擾及變量之間的強耦合、非線性的存在，理解變量間相關關系，以及獲取異常工況下的模型是十分困難的。

目前，電熔氧化鎂爐異常工況的預警主要依靠現場工人的不間斷巡檢。工人通過觀察生產過程中爐口火焰的形態、亮度、火星，以及爐壁是否有燒紅區域等特征，根據經驗來預先判斷可能發生的異常工況。操作人員的人為調整方法完全依賴于操作者各自的經驗，很難保證決策的及時性及準確性。如有操作不當、疏于檢測或因不可抗拒的自然因素引起設備故障而導致生產中斷等事故，將會給生產帶來巨大的浪費和損失。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障診斷方法，實現在復雜的現場環境下，多視角檢測，達到降低誤報率的目的。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障診斷方法，包括以下步驟：

步驟1：采集數據；在電熔氧化鎂的工業過程中利用多個攝像頭從多個視角采集電熔氧化爐圖像數據并將其灰度化，得到每個視角采集的視頻圖像的灰度矩陣v＝1.2，…，r，r為視角總數，i＝1，…，N，N為每個視角采集的圖像數據個數；

步驟2：在原始圖像數據保持流形結構的基礎上，使得多視角圖像灰度矩陣降維之后的向量在一定的殘差下，回歸到圖片特征上，進而建立基于圖像特征回歸的多視角流形分析故障模型，如下公式所示：

其中，為正常熔煉過程第v個視角采集的第i個視頻圖像的灰度矩陣，為第v個視角采集的第j個視頻圖像的灰度矩陣；W^v∈n×1為第v個視角的映射關系矩陣；Y∈m×1為灰度特征矩陣；b∈m×1為殘差；為第v個視角的權重系數；

步驟3：選取Y∈m×1個灰度特征；Y通過從灰度共生矩陣中選取的4個特征，從每個視角選取30個角度，求出每個視角的灰度特征，然后取均值得到；

步驟4：求取每個視角的權重系數；