[發明專利]一種基于特殊紅外光譜波段的鐵水測溫裝置

有效

• 申請號: 202010165631.4
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111207838B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 蔣朝輝;吳名廣;李端發;桂衛華;徐勇;肖鵬;何磊
• 申請（專利權）人: 中南大學;合肥金星機電科技發展有限公司
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 易瑤

1.一種基于特殊紅外光譜波段的鐵水測溫裝置，其特征在于，所述鐵水測溫裝置包括光學鏡頭以及與所述光學鏡頭連接的圖像處理模塊(50)，其中：

所述光學鏡頭包括特譜光學鏡頭(10)和普通光學鏡頭(20)，所述特譜光學鏡頭(10)用于從第一角度采集高爐鐵水光信號的特譜，所述普通光學鏡頭(20)用于從第二角度采集所述高爐鐵水光信號的普通近紅外波段，其中所述特譜為受粉塵干擾小的窄紅外光譜波段，所述普通近紅外波段為無粉塵干擾時的紅外光譜波段，所述第一角度和所述第二角度不同，且所述特譜光學鏡頭(10)包括紅外帶通濾波片(101)、與所述紅外帶通濾波片(101)依次連接的硫系玻璃(102)、波段可調濾波片(103)以及特譜探測器(104)，其中：所述紅外帶通濾波片(101)，用于從第一角度采集從高爐鐵水光信號中分離出的紅外光，獲得分離紅外光；所述硫系玻璃(102)，用于對所述分離紅外光進行光焦度；所述波段可調濾波片(103)，用于通過調節波段獲取光焦度后的分離紅外光的特譜；所述特譜探測器(104)，用于采集所述特譜，并根據所述特譜獲得特譜圖像，以及將所述特譜圖像發送給所述圖像處理模塊(50)；

所述圖像處理模塊(50)，用于根據所述特譜和所述普通近紅外波段獲得鐵水測溫值，且所述圖像處理模塊(50)包括鐵水流股區域提取單元、與所述鐵水流股區域提取單元依次連接的局部非均值濾波單元、測溫圖像獲取單元以及卡爾曼濾波融合單元，其中：所述鐵水流股區域提取單元，用于通過Canny邊緣檢測算法提取所述特譜圖像的第一鐵水流股區域，以及提取普通近紅外圖像的第二鐵水流股區域，其中所述普通近紅外圖像為所述普通光學鏡頭(20)中的普通近紅外光探測器根據所述普通近紅外波段獲得的圖像；所述濾波單元，用于對所述第一鐵水流股區域進行濾波，獲得第一濾波圖像，以及對所述第二鐵水流股區域進行濾波，獲得第二濾波圖像；所述測溫圖像獲取單元，用于根據所述第一濾波圖像獲得特譜測溫圖像，以及根據所述第二濾波圖像獲得普通近紅外測溫圖像；所述卡爾曼濾波融合單元，用于對所述特譜測溫圖像和所述普通近紅外測溫圖像進行卡爾曼濾波融合，獲得融合溫度分布圖像，并根據所述融合溫度分布圖像獲得鐵水測溫值。

2.根據權利要求1所述的基于特殊紅外光譜波段的鐵水測溫裝置，其特征在于，所述卡爾曼濾波融合單元包括先驗估計協方差計算子單元、與所述先驗估計協方差計算子單元依次連接的置信度計算子單元、融合溫度分布圖像獲取子單元以及融合溫度方差更新子單元，其中：

所述先驗估計協方差計算子單元，用于根據所述普通近紅外測溫圖像的方差以及上一時刻的融合溫度方差，計算先驗估計協方差；

所述置信度計算子單元，用于根據所述先驗估計協方差和所述特譜測溫圖像的方差，計算所述特譜測溫圖像中測溫值的置信度；

所述融合溫度分布圖像獲取子單元，用于根據所述特譜測溫圖像、所述普通近紅外測溫圖像以及所述置信度獲取融合溫度分布圖像；

所述融合估計方差更新子單元，用于根據所述融合溫度分布圖像更新融合溫度方差。

3.根據權利要求2所述的基于特殊紅外光譜波段的鐵水測溫裝置，其特征在于，所述融合溫度分布圖像獲取子單元獲取融合溫度分布圖像的計算公式具體為：

其中，表示融合溫度分布圖像，表示特譜測溫圖像，y_k表示普通近紅外測溫圖像，K_k表示特譜測溫圖像中測溫值的置信度，且其中表示先驗估計協方差，R表示特譜測溫圖像的方差。

4.根據權利要求3所述的基于特殊紅外光譜波段的鐵水測溫裝置，其特征在于，所述濾波單元包括梯度分類子單元和非局部均值濾波子單元，其中：

所述梯度分類子單元，用于根據所述第一鐵水流股區域的梯度向量和第一預設閾值將所述第一鐵水流股區域的像素分成第一大梯度像素和第一小梯度像素，以及根據所述第二鐵水流股區域的梯度向量和第二預設閾值將所述第二鐵水流股區域的像素分成第二大梯度像素和第二小梯度像素；

所述非局部均值濾波子單元，用于對所述第一大梯度像素進行非局部均值濾波，從而獲得第一濾波圖像，以及對所述第二大梯度像素進行非局部均值濾波，從而獲得第二濾波圖像。