基于图像处理研究铁尾矿的熔化行为

李昶威，王路平，胡振圆

（1.沈阳航空航天大学 航空发动机学院，辽宁 沈阳 110000；2.沈阳航空航天大学 工程训练中心，辽宁 沈阳 110000）

为了得到铁尾矿在高炉渣中的详细熔解情况，用最难熔化的主要成分SiO2颗粒的熔融过程来表征铁尾矿的熔融过程。根据实验中得到的时序图像，通过多种方法进行图像预处理，建立数学模型追踪在熔化过程中SiO2颗粒的质心位置和质心轨迹。建立SiO2熔融过程中边缘轮廓特征的指标来代表SiO2的熔化过程。用质量变化函数得到SiO2的实际熔化速率。

1 模型的建立与求解

1.1 质心位置和运动轨迹分析

1.1.1 图像预处理

（1）灰度处理与背景减除法

将时序图像进行灰度处理和背景减除法，提取出目标物体。处理后的图像如图1 所示。

图1 背景减除法处理后的图像

（2）边缘检测Canny 双阈值算子

a.梯度幅值与方向计算。

b.对梯度幅值进行非极大值抑制。

c.用双阈值算法检测和连接边缘。

检测后的图像如图2 所示。

图2 Canny 边缘检测后的图像

（3）区域生长分割算法

区域生长算法分为三个步骤：

a.确定生长种子点。

b.规定生长准则。

c.确定生长停止条件。

目标物体如图3 所示。

图3 图像分割后的目标物体

1.1.2 建立数学模型对质心位置进行追踪

采用Kalman 滤波算子对物体质心进行追踪。

假设目标区域外的像素值全部为0。求质心的公式为：

通过计算得到某时刻质心坐标为（688，420）。

1.1.3 质心的运动轨迹

处理序列图片后得到SiO2质心的运动轨迹，结果如图4 所示。

图4 SiO2 质心运动轨迹

1.2 表征SiO2 熔化过程指标的选择

选取面积边缘轮廓特征指标表征熔化过程。……