[發明專利]一種鋅渣圖像識別及分類方法

有效

• 申請號: 202010847123.4
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111985406B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 熊凌;張振洲;陳剛;李克波;吳懷宇;但斌斌;程磊;陳洋;陳志環;陳琳;鄭秀娟
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V10/25;G06V10/30;G06V10/40;G06V10/774;G06V10/764;G06V10/82;G06N3/0464
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

本發明公開了一種鋅渣圖像識別及分類方法，屬于圖像處理及撈渣技術領域，包括如下步驟：鋅鍋圖片數據集的預處理；將預處理后的圖片切割成小塊圖片，并標號；將切割后的小塊圖片制作為訓練集、驗證集和測試集；采用卷積神經網絡對訓練集進行訓練并測試性能；利用調試好的網絡進行鋅渣圖像的識別與分類。本發明為現有的撈渣機器人提供了一套視覺識別鋅渣的方案，相比于全覆蓋撈渣和盲撈的方式，提高了作業效率，并且降低了撈渣成本。

技術領域

本發明屬于撈渣技術領域，具體而言，涉及一種鋅渣圖像的識別及分類方法。

背景技術

熱鍍鋅也叫熱浸鋅和熱浸鍍鋅，是一種有效的金屬防腐方式，主要用于各行業的金屬結構設施上，是將除銹后的鋼件浸入460℃左右融化的鋅液中，使鋼構件表面附著鋅層，從而起到防腐的目的。在鍍鋅過程時，由于鐵不斷熔入鋅液、鋅鍋成份和溫度的不均以及氣刀噴吹造成的氧化，鋅渣的產生是不可避免的。熱鍍鋅帶鋼表面的鋅渣缺陷成為熱鍍鋅產品的主要質量缺陷之一，它嚴重地影響了熱鍍鋅產品的外觀質量。熱鍍鋅的浮渣產生比較頻繁，若要減少鋅渣缺陷，必須要保證及時的撈渣，加大撈渣頻率，改善撈渣工具，減少撈渣時導致的浮渣卷入鋅液。

國際上對撈渣機器人進行研究并投入工業化應用的撈渣機器人，主要采用6軸6自由度機器人，結構相對簡單，缺少相應的傳感器，無法獲得鋅池液面的圖像信息，通過簡單編程完成定時定路徑的撈渣作業，無法依據現場環境做出改變，現場適應性極差。由于無法有效識別鋅渣種類，很多時候還需要人工臨時介入，僅在一定程度上解決了人工撈渣勞動強度大的問題，卻無法有選擇性的撈取鋅渣，導致撈渣效率低下。

而對上述撈渣機器人進行適應性開發是目前各企業和研究機構的一個常規研究。也即，僅進行撈渣路徑或者方法的局部優化，或提供特定產線復雜工況環境下(每個企業鋅鍋的布局各不相同)的解決方案。這類產品只是對機器人結構做了局部的改進和替代性研究，大多數撈渣機器人仍然采用主流的“盲撈”作業方式，即在設定的目標區域進行撈渣動作，由于缺少視覺傳感器，無法識別現場鋅渣圖片，對目標區域不加選擇，自動化程度低，作業效率低、和最佳撈渣頻次難于確定等核心問題并沒有給予解決。

因此，如何采用視覺傳感器采集撈渣現場圖片并且實現鋅渣圖片的分類，提高撈渣作業的效率成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種鋅渣圖像識別與分類方法，將圖像處理技術應用于撈渣機器人中，可以在復雜的撈渣現場圖片中快速提取出鋅鍋區域，并快速識別和分類鋅渣，將其應用在機器人系統中，可以減少捕撈頻次，提高捕撈效率，減少鋅的損耗，并提高鍍鋅板的質量。

為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種鋅渣圖像識別與分類方法，其特征在于，拍攝鋅鍋現場圖片，通過視覺技術識別鋅渣圖片的鋅渣特征，并對鋅渣圖片進行分類；具體包括以下操作步驟：

步驟1：鋅鍋現場圖片的采集和預處理，對圖片進行去噪，并提取感興趣區域；

步驟2：將預處理后的圖片切割成小塊圖片，并標上序號；

步驟3：將切割后的小塊圖片制作為訓練集、驗證集和測試集，采用灰度共生矩陣方法將圖片分為厚渣和薄渣兩類，制作訓練集、驗證集和測試集；

步驟4：采用卷積神經網絡對訓練集進行訓練并測試卷積神經網絡性能；

步驟5：利用訓練好的卷積神經網絡對鋅鍋現場撈渣區進行鋅渣的實時識別與分類。

進一步的，所述步驟1中對鋅渣圖片的預處理包括以下步驟：

取鋅鍋現場撈渣區域的彩色圖片數千張并保存，每張圖片像素為X×Y；

若圖像內存在噪點，首先對圖片進行高斯平滑去噪；

采用設置掩膜的方法對圖片進行感興趣區域ROI提取，減少撈渣區域以外的干擾。