[發明專利]一種基于改進完全局部二值模式火焰終點碳含量預測方法

有效

• 申請號: 202110023350.X
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112734722B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 孫文強;劉輝;李超
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T7/194;G06T7/40;G06T9/00;C21C5/28;G06T5/40;G06T5/50
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 馬海紅

1.一種基于改進完全局部二值模式火焰終點碳含量預測方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟1、采集鋼廠實際生產過程中拍攝的爐口火焰視頻數據；

步驟2、制作實驗數據時，從所有爐次下提取樣本集中每個訓練樣本的火焰爐口區域并統一尺寸，得到火焰圖像數據集；

步驟3、使用改進完全局部二值模式方法提取火焰圖像的顏色紋理特征；

步驟4、將步驟3中提取的顏色紋理特征輸入到K近鄰回歸模型中進行碳含量的預測；

所述步驟3中火焰圖像的顏色紋理特征包括符號特征、幅值特征、中心像素灰度值特征和相位特征，提取過程具體為：

步驟3.1、將火焰圖像進行空間轉換并進一步分成三個單通道圖像，每一個單通道圖像經局部差分操作即得到每一個火焰單通道圖像局部區域分割塊；然后，將每一個火焰單通道圖像局部區域分割塊進一步擴展兩種窗口尺度大小；

步驟3.2、每一個火焰單通道圖像局部區域分割塊下的兩種窗口尺度都各得到一個幅值分量、一個符號分量、一個中心像素點灰度值和相位分量；

步驟3.3、將每一個火焰單通道圖像局部區域分割塊下兩種不同窗口尺度得到的兩個幅值分量各自經二進制編碼后和權值相乘，同時相位分量也經二進制編碼得到一個具體的相位值，最后，將每一個單通道火焰圖像最終的幅值特征向量和相位特征向量，由KCCA衡量兩者向量之間的相關性并降維組合幅值相位融合特征CLBP_MP；

步驟3.4、對每一個單通道火焰圖像，采用串行和并行的聯合結構將符號特征CLBP_S、幅值相位融合特征CLBP_MP和中心像素灰度值CLBP_C三個操作符結合使用：首先，將幅值相位融合特征CLBP_MP和中心像素灰度值CLBP_C按照順序串聯組成CLBP_MP/C；然后，將CLBP_MP/C與符號特征CLBP_S并聯組成每一個單通道火焰圖像2維的CLBP_S_MP/C的直方圖；

步驟3.5、將火焰圖像三個單通道的直方圖相拼接組合在一起，使用局部線性嵌入進行非線性降維并將其輸入到K近鄰回歸模型中進行碳含量的預測。

2.根據權利要求1所述的一種基于改進完全局部二值模式火焰終點碳含量預測方法，其特征在于，所述步驟3.3中，單個單通道火焰圖像幅值相位融合特征CLBP_MP的提取步驟為：

步驟3.3.1、將一個火焰單通道圖像局部區域分割塊下兩種不同窗口尺度得到的兩個幅值分量各自經二進制編碼后和權值相乘，為局部區域分割塊幅值分量經二進制編碼后和權值相乘的值，W_color為增強局部對比度顏色信息的權值，為完全局部二值模式的幅值分量經二進制編碼后的幅值；m_p為圖像局部區域幅值塊的鄰域采樣點，c為圖像局部區域幅值塊的中心閾值，2^p為二進制編碼，p為采樣點的個數；同時，相位分量也經二進制編碼得到一個具體的相位值；

步驟3.3.2、結合顏色信息的加權策略，計算圖像中像素點的權值，計算公式如下：

式(3)中，式中Δc_pq,3x3為3×3尺度下的顏色距離，Δc_pq,5x5為5×5尺度下的顏色距離，其中(H_P,S_P,V_P)和(H_q,S_q,V_q)為HSV顏色空間中各通道對應位置上的圖像分割塊的像素p和像素q，其中p為鄰域采樣點，q為中心閾值，var_3×3(p,q)和var_5×5(p,q)分別為3×3和5×5兩種尺度下的局部方差，Δc_pq,3x3×Δc_pq,5x5為火焰圖像HSV顏色空間下三個單通道各自局部區域分割塊對應位置上的3×3和5×5尺度下的顏色距離的值，為火焰圖像單通道下局部分割塊的3×3和5×5兩種尺度下的局部方差的值；

步驟3.3.3、最后，將該單通道最終的幅值特征向量和相位特征向量，由核典型相關分析KCCA衡量兩者向量之間的相關性并降維組合成幅值相位融合特征CLBP_MP，計算公式如下：

式中，為該單通道下所有局部分割塊總的幅值特征向量；為該單通道下所有局部分割塊總的相位特征向量，其中2^j-1為二進制編碼；KCCA為核典型相關分析。