[發明專利]一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法

有效

• 申請號: 202010312435.5
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111489351B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）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（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;H04N17/00;G06F30/20
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明公開了一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法，該方法基于圖像識別和圖像分析的原理，通過將采集視頻中的顆粒表層偏析圖片序列進行堆棧并視為一個整體，并使用顏色空間轉換來提取所需像素，將表層顆粒濃度轉化為像素濃度，從而對顆粒表層偏析程度進行準確評估。該方法無需停機取樣或使用侵入式探針，彌補了傳統方法用于實驗研究時需要重復停機采集圖片，滾筒內顆粒偏析狀態在停機過程中容易受到影響的缺陷，從而使量化顆粒表層偏析程度的實驗過程可以以更快速度實現，這將有利于更好的分析和研究顆粒體系混合和偏析性能及其影響因素。

技術領域

本發明涉及顆粒系統混合和偏析在線測量和評估技術領域，特別涉及一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法。

背景技術

球磨機廣泛應用于工程機械中。旋轉滾筒中的顆粒流經常呈現出復雜的現象，特別是在混合和偏析過程中，這已經成為研究人員感興趣的話題。混合性能也關系到旋轉滾筒的混合質量和生產效率。因此，進一步研究球磨機中的顆粒運動和物料混合和偏析問題，有利于球磨機等顆粒混合設備的工業應用。

隨著計算機技術的快速發展，與顆粒運動相關的數值模擬技術也相應產生，尤其是顆粒動力學方面的運動形態的離散元方法(Discrete element method,DEM)最引人注目，此類研究不僅可以避免外界條件的干擾，還可以最大限度地獲取顆粒系統的瞬態信息，捕捉顆粒的動態流動過渡過程，有效地加深了人們對顆粒系統相關機理的認識。雖然離散元方法能夠統計每一個顆粒的時間和空間信息，但其僅限于仿真模型，缺乏有效的實驗驗證。

目前，常用的光學圖像處理方法(Optical Image Processing)具有相對簡單、低成本的優點，是實驗研究中最常用的非侵入式方法之一。但該方法存在缺陷，只對固定區域采集圖像信息進行研究，且采集過程易受外在因素影響；當滾筒較長、顆粒數目較多時，用顆粒濃度量化偏析程度，效果不理想；另外，該方法用于實驗研究時需要重復停機采集圖片，滾筒內顆粒偏析狀態在停機過程中容易受到影響。因而，如果要在實驗中獲取顆粒運動軌跡、速度、加速度等信息，準確量化顆粒表層偏析程度，那么有必要對圖像識別方法和偏析程度量化方法進行研究，使其更好地適用于數值模擬和實驗驗證之中。

因此，提出一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法，無需停機取樣或使用侵入式探針，從而提高量化表層偏析程度的效率。

發明內容

為了解決上述存在問題。本發明提供一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法，在考慮球磨機中存在顆粒軸向偏析現象的情況下，在傳統的Lacey指數方法和圖像識別原理的基礎上，提供一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法，進而準確評估混合過程中的顆粒表層偏析程度，用于與仿真模型相互驗證。為達此目的：

本發明提供一種基于堆棧圖像測量表層偏析程度的視頻分析方法，具體步驟如下:

1)搭建球磨機實驗平臺和仿真模型；

首先搭建球磨機實驗平臺，包括球磨機回轉滾筒、顆粒物質、扭矩傳感器、步進電機和高速攝像機，為了方便觀察現象和采集視頻，回轉滾筒和顆粒物質都是透明的，在回轉滾筒中加不同粒徑的顆粒并轉動滾筒直到顆粒偏析狀態穩定；

接著構建球磨機仿真模型，在仿真模型中按等體積的初始配置生成一定數量兩種粒徑的顆粒，仿真模型參數與實驗參數一致，接著轉動球磨機，球磨機轉動時間與實驗時間一致，此時可以進入下一步；

2)視頻采集并圖像數字化；

圖像數字化主要包括三個部分：視頻采集、區域標記和圖像裁剪，首先，在球磨機回轉滾筒轉動的過程中，采用高速攝像機對顆粒運動過程拍攝視頻；接著，為所有視頻手動標記感興趣的區域ROI；最后，從每個視頻幀中裁剪出ROI區域，形成圖像帶；

3)堆棧圖像并進行圖像處理；