[01477237]矿物浮选泡沫图像处理技术及应用

在国家自然科学重点基金项目“面向节能降耗的有色冶金过程控制若干理论与方法研究”（60634020）、国家自然科学基金项目“具有信息不完备的有色冶炼过程满意不确定优化方法研究”（60574030）的支持下，针对矿物浮选过程泡沫的特点，中南大学信息科学与工程学院研究开发了矿物浮选泡沫图像处理技术，并在中国铝业股份有限公司中州分公司的大力支持下，在实际工业现场得到了应用验证。本项目构建了由工业摄像机、高频光源及工业控制计算机组成的泡沫图像采集平台；提出了基于先验知识的泡沫特征选择方法。针对不同泡沫特征，提出了一系列泡沫特征提取算法，在此基础上，开发了浮选泡沫图像处理系统软件，并应用于实际工业生产，实现了浮选过程的在线监控。项目主要技术特点和技术指标如下：1、针对浮选生产现场信号噪声源多且杂的问题，构建了由工业摄像机、高频光源及高性能工业控制计算机等设备组成的泡高清晰沫图像采集平台；针对浮选现场温度高、灰尘、水较多及外界光照不均的问题，设计了设备防护装置，达到IP65防护等级。能够实时显示泡沫图像，并在工况异常情况下自动保存泡沫图像，以便总结生产经验，保障生产安全运行。2、针对浮选工艺流程复杂、影响因素多及工况变化范围广的问题，根据实际生产现场泡沫特点，并结合工人实际操作经验，提出了基于先验知识的泡沫特征选择方法，确定了泡沫颜色、尺寸、速度、承载量、纹理及稳定度来描述泡沫统计特征，工业应用结果表明，选择的泡沫特征能准确地反映工况变化情况，生产工人通过这些泡沫特征能够准确地定位浮选过程存在问题的地方，并及时调节生产操作。3、根据选择的泡沫特征，提出了一系列泡沫图像处理方法，提取了泡沫颜色、尺寸、速度、承载量、纹理及稳定度特征。提取的特征精度高，能检测1mm以上气泡，检测速度特征范围为[-400mm/s，400mm/s]，泡沫特征以曲线形式实时显示，生产工人通过特征曲线趋势判断浮选过程生产状态，提高了浮选操作的准确性。4、在提取泡沫图像特征的基础上，开发了浮选泡沫图像处理系统软件，并给出操作指导，实现了浮选过程泡沫在线监控，其历史数据分析与报表功能提高了工人的工作效率和生产的科学管理水平。本项目针对矿物浮选过程的特点，结合选矿技术、计算机应用技术、数字图像处理技术及智能控制技术开发了“矿物浮选泡沫图像处理系统”，并成功应用于中国铝业股份有限公司中州分公司，实现了浮选生产过程的实时监控。与国外典型的奥托昆普泡沫图像分析仪相比较，结果如下表所示。 性能指标 奥托昆普泡沫分析仪 研制的泡沫图像处理系统（1）系统工作温度 0～40摄氏度-10～+60摄氏度（2）信号最大传输距离 200米2000米（3）有无实时图像输出 有选择输出 有（4）泡沫颜色特征 仅为R、G、B直方图 RGB、HSV及LAB多颜色空间描述（5）泡沫尺寸特征 适用范围为[5mm，20mm] 可检测1mm以上的气泡（6）泡沫速度特征 适用范围[-250mm/s，250mm/s]检测范围[-400mm/s，400mm/s]（7）泡沫纹理特征 无有（8）泡沫承载量特征 无有（9）泡沫稳定度特征 有有从表中可以看出，奥拓昆普泡沫分析仪需要有选择地购买其昂贵的图像输出模块，限制了工业应用，而本项目研制的泡沫图像处理系统可输出实时泡沫图像，在泡沫颜色、尺寸及速度检测精度方面均比奥托昆普的泡沫分析仪要高，适应范围更广，并且奥托昆普的泡沫分析仪缺少泡沫纹理与承载量特征，难以全面反映浮选工艺生产工况。该项目不仅开发了适用于矿物浮选泡沫的图像处理系统，更在泡沫图像获取、泡沫特征选择、泡沫特征提取方法及软件设计开发方面提出了新技术和新方法，与国内外其它泡沫图像处理系统相比，该项目选择的泡沫特征更具普适性，提取的泡沫特征精度高，技术适用范围广，项目整体水平达到国际先进水平。系统功能齐全，性能稳定，运行可靠，具有广阔的推广应用前景。