[發(fā)明專利]一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010312435.5
• 申請(qǐng)日: 2020-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111489351B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃鵬;繆秋華;桑杲;丁逸飛;周宇杭;賈民平;許飛云;胡建中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;H04N17/00;G06F30/20
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法，具體步驟如下，其特征在于:

1)搭建球磨機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真模型；

首先搭建球磨機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括球磨機(jī)回轉(zhuǎn)滾筒、顆粒物質(zhì)、扭矩傳感器、步進(jìn)電機(jī)和高速攝像機(jī)，為了方便觀察現(xiàn)象和采集視頻，回轉(zhuǎn)滾筒和顆粒物質(zhì)都是透明的，在回轉(zhuǎn)滾筒中加不同粒徑的顆粒并轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒直到顆粒偏析狀態(tài)穩(wěn)定；

接著構(gòu)建球磨機(jī)仿真模型，在仿真模型中按等體積的初始配置生成一定數(shù)量?jī)煞N粒徑的顆粒，仿真模型參數(shù)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)一致，接著轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間與實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致，此時(shí)可以進(jìn)入下一步；

2)視頻采集并圖像數(shù)字化；

圖像數(shù)字化主要包括三個(gè)部分：視頻采集、區(qū)域標(biāo)記和圖像裁剪，首先，在球磨機(jī)回轉(zhuǎn)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，采用高速攝像機(jī)對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程拍攝視頻；接著，為所有視頻手動(dòng)標(biāo)記感興趣的區(qū)域ROI；最后，從每個(gè)視頻幀中裁剪出ROI區(qū)域，形成圖像帶；

3)堆棧圖像并進(jìn)行圖像處理；

接下來(lái)為了提高堆疊圖像的質(zhì)量，需要進(jìn)行圖像處理，首先把圖像帶按時(shí)間順序堆疊形成堆棧圖像，接著把彩色圖像從RGB色彩空間轉(zhuǎn)化到HSV即Hue,Saturation,Value，色彩空間，再通過(guò)二值化重構(gòu)圖片提高圖片質(zhì)量，達(dá)到降噪的效果；

4)數(shù)據(jù)處理并量化顆粒偏析程度；

將二值化重構(gòu)的堆棧圖片沿著軸向和徑向進(jìn)行網(wǎng)格劃分，統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格中的不同類型顆粒像素?cái)?shù)量，使用偏析圖案照片中的像素濃度來(lái)代替Lacey指數(shù)方法中的顆粒濃度，最后根據(jù)像素濃度方法計(jì)算偏析指數(shù)，其中粒徑較大顆粒為黑色像素，從而量化偏析程度，計(jì)算公式為：

其中，為二元混合物完全偏析時(shí)，黑像素濃度的方差；為二元混合物完全混合時(shí)，黑像素濃度的方差；σ²為當(dāng)前采集的堆棧圖像中黑像素濃度的方差；

5)數(shù)據(jù)分析并驗(yàn)證模型；

根據(jù)堆棧圖像中偏析指數(shù)的信息，將偏析指數(shù)和時(shí)間作為指標(biāo)量化顆粒表層偏析程度，即反映球磨機(jī)滾筒表層的顆粒偏析特征，繪制圖片，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头抡婺Ｐ偷慕Y(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而研究顆粒在混合過(guò)程中的碰撞特性和聚集趨勢(shì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法，其特征在于：步驟2中視頻采集過(guò)程中高速攝像機(jī)以25幀/秒拍攝，且在滾筒開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)之前開(kāi)始視頻捕獲，直到滾筒內(nèi)顆粒偏析特征趨于穩(wěn)定且球磨機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)為止。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法，其特征在于：步驟3中堆棧圖像中的行數(shù)對(duì)應(yīng)于時(shí)間順序視頻幀中的圖像帶序號(hào)，且堆棧圖像的高度應(yīng)為滾筒旋轉(zhuǎn)一周的長(zhǎng)度，即滾筒外圓周長(zhǎng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法，其特征在于：步驟3中HSV顏色空間將三個(gè)RGB顏色分量轉(zhuǎn)換為色相，飽和度和亮度值，方便提取不同類型顆粒的像素，在提取像素之后再次轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間，二值化重構(gòu)圖像以提高圖片質(zhì)量，從而達(dá)到降噪的效果。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法，其特征在于：步驟4中將像素濃度替換顆粒濃度，基于傳統(tǒng)的Lacey方法計(jì)算偏析指數(shù)該，方法考慮了a、b兩種不同類型像素的二元混合物,在計(jì)算過(guò)程中只考慮單種像素類型，如粒徑較大的顆粒，對(duì)于任意給定的樣本總數(shù)n_s，樣本i的權(quán)重k_i計(jì)算公式為：

其中，n_i為樣本i內(nèi)的該類型像素?cái)?shù)；n_t為該類型像素?cái)?shù)總和；

使用像素分?jǐn)?shù)，完全偏析時(shí)黑像素濃度的方差完全混合時(shí)黑像素濃度的方差當(dāng)前堆棧圖像中黑像素濃度方差σ²計(jì)算過(guò)程如下式所示：

其中,n_s為樣本總數(shù)；a_i為該類型像素在樣本i中所占的比例；a為該類型像素在滾筒內(nèi)所占像素比例；P為該類型像素所占比例；(1-P)為另一種像素所占比例；n為每一個(gè)樣本內(nèi)平均像素?cái)?shù)，因而，據(jù)上述計(jì)算式，偏析指數(shù)SI計(jì)算式顆粒表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于堆棧圖像測(cè)量表層偏析程度的視頻分析方法，其特征在于：模型中所述仿真模型參數(shù)包括密度、剪切模量和泊松比，模型參數(shù)包括滾筒長(zhǎng)度、直徑、轉(zhuǎn)速和顆粒粒徑。