專利名稱：基于視頻圖像處理的靜態(tài)背景煙塵監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及在電弧爐煉鋼過程中排出的煙塵濃度的監(jiān)控裝置，實時控制電弧 爐的風機轉速。
背景技術：
目前，鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點，長期以 來一直被認為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)，鋼鐵廠采用的電弧爐煉鋼是造成 煙塵污染的主要來源。電爐煉鋼時產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電弧爐加料、冶煉、出鋼 三個階段。為了消除電弧煉鋼過程產(chǎn)生的煙塵對環(huán)境的破壞，鋼鐵廠都給電弧爐配備了風 機除塵裝置。傳統(tǒng)的風機，不論電弧爐處于哪一運行階段，也不論產(chǎn)生的煙塵是大還是小， 風機均全速運行，風機出風的大小一般靠入口擋板的開度來調節(jié)，缺陷是風機消耗的功率 大、造成大量的電能浪費。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術中風機始終全速運行、不受煙塵大小控 制的不足，提出一種基于視頻圖像處理的靜態(tài)背景煙塵監(jiān)控裝置，根據(jù)煙塵的排放速度、濃 度及擴散情況以控制風機轉速。本實用新型采用的技術方案是具有CPU處理器和數(shù)字攝像頭，CPU處理器的輸出 分別連接有煙塵運動及濃度計算模塊、數(shù)字攝像頭、圖像捕捉及保存模塊、報警裝置和變頻 器，報警裝置的輸出連接變頻器，變頻器的輸出連接風機；CPU處理器、煙塵運動及濃度計 算模塊和圖像捕捉及保存模塊組成在一臺計算機中，數(shù)字攝像頭和報警裝置均通過串口與 計算機連接。本實用新型可以實時了解煙塵的排放速度、濃度及擴散情況，在煉鋼過程中根據(jù) 任一時刻煙塵的排放情況，對風機的轉速做出調整，煙塵及時排出的同時不會因為風速過 大而將煉鋼所需的熱量一起帶走。可以防止大量熱量的流失，風機本身的用電量也減少，達 到節(jié)能減排的目的。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明；

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖中1.煙塵運動及濃度計算模塊；2.數(shù)字攝像頭；3. CPU處理器；4.圖像捕捉 及保存模塊；5.報警裝置；6.變頻器；7.風機。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型具有一個CPU處理器3，CPU處理器3的輸出分別連接有煙塵 運動及濃度計算模塊1、數(shù)字攝像頭2、圖像捕捉及保存模塊4、報警裝置5和變頻器6。報警裝置5的輸出連接變頻器6，變頻器6的輸出連接風機7。其中，CPU處理器3、煙塵運動 及濃度計算模塊1和圖像捕捉及保存模塊4組成在一臺計算機中。數(shù)字攝像頭2和報警裝 置5通過串口與計算機連接進行通信。本實用新型的軟件是一個煙塵視頻圖像處理系統(tǒng)，其由Visual C++在Windows平 臺上開發(fā)而成。在電弧爐煉鋼過程中，高清晰的數(shù)字攝像頭2放置在煙塵排放點處，實時拍 攝煙塵圖像，并將圖像信息傳到所連接的CPU處理器3中，通過圖像捕捉及保存模塊4將前 后兩幀圖像分別保存，通過煙塵運動及濃度計算模塊1將前后兩幀圖像分別與背景進行對 比，得到前后兩幀圖像的差值，此即為煙塵運動的體現(xiàn)，給差值的大小設定一個閾值。當計 算出的某一時刻前后兩幀圖像的差值大于先前設定的閾值時，表明煙塵排放量或擴散速度 劇增，由CPU處理器3觸發(fā)與其連接的報警裝置5報警，同時，觸發(fā)變頻器6工作，變頻器6 增大風機7的轉速，及時地將煙塵抽出。反之，變頻器6減小風機7的轉速。本實用新型的圖像捕捉及保存模塊4可以存放視頻流或者靜態(tài)圖像，根據(jù)視頻流 或者靜態(tài)圖像分別進行分析。若選擇對視頻流進行分析處理，首先將數(shù)字攝像頭2打開， 此時在計算機窗口中可看到當前的視頻流，一方面若需要實時處理，可以對當前視頻送入 計算處理系統(tǒng)，另一方面為了以后可以隨時調閱以前的視頻文件，需將當前的視頻文件進 行保存，保存之前為了減少數(shù)據(jù)量，對視頻文件進行選擇壓縮，壓縮的視頻文件也可以傳至 計算處理系統(tǒng)進行分析。若選擇對靜態(tài)圖像進行分析，首先需選擇將要保存的圖像格式， 保存后同樣傳入計算處理系統(tǒng)。視頻文件的分析中，運用幀差間運算將當前視頻和背景做 差，結果即為視頻中運動部分(煙塵)的體現(xiàn)，然后利用PIV (粒子成像測速)算法算出此時 煙塵位置坐標的變化量，用位移除以相鄰的時間間隔Δ t及得到煙塵的運動速度，將此速 度與設定的閾值1做比較，若大于閾值1，則風機7速度調大，以及時將煙塵抽走。靜態(tài)圖像 分析中，首先抓拍一幀圖像作為現(xiàn)場背景，然后選擇某一時刻的一幀圖像，對圖像進行高斯 濾波，濾波后的圖像與背景圖像做差值運算后結果也為目標的運動情況，二值化目標圖像， 此時得到的圖像是一個周圍是黑色，部分區(qū)域是白色的二值化圖像，黑色即為背景，白色為 現(xiàn)場煙塵，計算出白色面積在整幅圖像中的百分比即為現(xiàn)場煙塵的濃度，將此結果與閾值2 做比較，大于閾值2說明現(xiàn)場煙塵濃度較大，將風機7速度調大，以達到節(jié)能減排的目的。
權利要求1. 一種基于視頻圖像處理的靜態(tài)背景煙塵監(jiān)控裝置，具有CPU處理器(3)和數(shù)字攝像 頭(2)，其特征是CPU處理器(3)的輸出分別連接有煙塵運動及濃度計算模塊(1)、數(shù)字攝 像頭(2 )、圖像捕捉及保存模塊(4 )、報警裝置(5 )和變頻器(6 )，報警裝置(5 )的輸出連接變 頻器(6 )，變頻器(6 )的輸出連接風機(7 ) ；CPU處理器(3 )、煙塵運動及濃度計算模塊(1)和 圖像捕捉及保存模塊(4)組成于一臺計算機中，數(shù)字攝像頭(2)和報警裝置(5)均通過串口 與計算機連接。
專利摘要本實用新型公開一種基于視頻圖像處理的靜態(tài)背景煙塵監(jiān)控裝置，實時控制電弧爐煉鋼過程中的風機轉速，具有CPU處理器和數(shù)字攝像頭，CPU處理器的輸出分別連接有煙塵運動及濃度計算模塊、數(shù)字攝像頭、圖像捕捉及保存模塊、報警裝置和變頻器，報警裝置的輸出連接變頻器，變頻器的輸出連接風機；CPU處理器、煙塵運動及濃度計算模塊和圖像捕捉及保存模塊組成在一臺計算機中；實時了解煙塵的排放速度、濃度及擴散情況，在煉鋼過程中根據(jù)任一時刻煙塵的排放情況，對風機的轉速做出調整，煙塵及時排出的同時不會因為風速過大而將煉鋼所需的熱量一起帶走；防止大量熱量的流失，風機本身的用電量也減少，達到節(jié)能減排的目的。
文檔編號G01N15/06GK201928383SQ20102063833
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月2日
發(fā)明者劉國海, 梅從立, 褚益 申請人:江蘇大學