基于泡沫图像识别的浮选过程智能调控系统的制作方法

本发明涉及矿物浮选过程检测与控制，具体涉及一种基于泡沫图像识别的浮选过程智能调控系统。

背景技术：

1、泡沫浮选是矿物加工领域应用最广泛的选别方法之一。浮选过程中，矿化气泡由矿浆内部上升进入泡沫层，在泡沫层内经历排液、迁移、合并与破裂后向溢流堰运动，越过溢流堰形成泡沫产品。泡沫表面的气泡尺寸、数量、纹理、流动速度以及稳定程度能够在一定程度上反映当前浮选工况。

2、现有浮选过程的视觉检测方法通常利用摄像装置获取泡沫图像，通过图像分割、目标识别或特征提取得到平均泡径、泡沫密度、颜色、纹理、运动速度等参数，再依据上述参数判断浮选状态并调节充气量、药剂添加量或液位。

3、上述方法的判断依据限于当前图像中的静态表观特征，难以区分形成过程与后续趋势不同的状态。真实生产环境中，矿化气泡由泡沫层内部运动至溢流堰需要经历一定的输运距离和停留时间，其间持续发生液膜排液、相邻气泡合并、局部气泡破裂以及表面流动方向变化。两个不同工况在某一时刻可能具有相近的平均泡径、泡沫密度和表面纹理，但其中一个工况中的泡沫保持稳定并快速向溢流堰输运，另一个工况中的泡沫已经历较长时间的槽面滞留和连续合并，甚至在到达溢流堰之前集中破裂。浮选槽表面泡沫也并非沿单一固定方向匀速移动，槽体结构、充气状态、泡沫层厚度、浆位、刮泡过程以及局部泡沫拥挤均可能形成偏流、横向流动、停滞区和局部回流，仅使用泡沫运动速度的绝对值无法判断该速度是否形成指向溢流堰的有效输运。

4、现场摄像环境同样影响判断结果。照明变化、水雾、矿浆飞溅、镜头污染、相机振动和刮泡机构周期性遮挡等因素若被直接当作泡沫变化加以识别，容易形成误判。药剂添加或充气调节之后还存在明显的输送、混合与泡沫响应时间，控制系统在控制效果尚未传递到泡沫观察区域之前再次调整控制量，容易形成连续过调。

5、因此，需要一种能够区分泡沫静态外观与真实输运状态、排除现场非浮选扰动干扰、并将控制动作与泡沫真实响应准确对应的浮选过程智能调控方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于泡沫图像识别的浮选过程智能调控系统，以解决现有技术中泡沫静态外观与真实输运状态难以区分、现场非浮选扰动容易造成错误识别、以及控制动作与泡沫真实响应不能准确对应的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种基于泡沫图像识别的浮选过程智能调控方法，包括：获取连续泡沫图像并建立空间基准；对图像进行可信度判定；识别局部运动场并计算到堰有效速度；建立实际输运路径以及包含迁移、合并和破裂关系的沿程事件链；计算表观输运停留时间、沿程气泡增长程度、沿程合并程度、沿程破裂程度和泡沫输运到堰率；将各指标与当前工况的稳定运行基线比较，确定泡沫输运状态及偏离程度；根据历史响应或小幅控制变化确定调节方向和幅值，下发控制指令，并在对应的有效响应窗口内评价实际响应，据此确定下一控制周期的调节方向与幅值。

3、进一步地，识别相邻图像帧之间泡沫表面各局部泡沫单元的位置变化，得到各局部泡沫单元的运动矢量，并将所述运动矢量在当前位置对应的到堰方向上的投影，确定为该局部泡沫单元的到堰有效速度；还在所述运动矢量的模值高于预设速度条件而所述到堰有效速度低于预设有效速度条件时，将对应局部泡沫单元识别为横向运动或局部回流。

4、进一步地，根据所述局部运动场预测气泡在下一图像帧中的位置，并在预测位置邻域内搜索候选后继气泡；在预测位置邻域内存在一个候选后继气泡且其位置变化方向与所述局部运动场一致时，建立迁移关系；在预测位置邻域内存在多个前序气泡共同对应一个后继气泡，且该后继气泡的表观面积与所述多个前序气泡的表观面积之和的相对偏差处于预设形变容差范围内时，建立合并关系；在一个前序气泡的运动预测区域内存在多个较小后继气泡时，建立破裂关系；依据所述迁移关系、所述合并关系与所述破裂关系，生成具有时间方向且允许事件链中气泡标识发生变化的泡沫沿程事件链。

5、进一步地，计算沿程输运指标的过程包括：对具有有效后继状态到达溢流堰邻近区域的沿程事件链，确定其首次进入有效输运区域的时刻与首次到达溢流堰邻近区域的时刻，并将二者之差确定为该沿程事件链的表观输运停留时间；确定所述沿程事件链的累计实际运动距离，并依据沿所述沿程事件链的气泡等效直径变化量与所述累计实际运动距离的比值，确定所述沿程气泡增长程度；依据所述沿程事件链中的合并事件数量与破裂事件数量及对应的有效输运路径长度，分别确定所述沿程合并程度与所述沿程破裂程度；依据同一进入批次中存在有效后继状态到达溢流堰邻近区域的沿程事件链数量与具有可判定输运结局的进入沿程事件链数量之比，确定所述泡沫输运到堰率。

6、进一步地，在所述到堰有效速度下降、所述表观输运停留时间增加且所述沿程合并程度增加时，确定当前泡沫输运状态为滞留合并状态；在所述沿程破裂程度升高且所述泡沫输运到堰率下降时，确定当前泡沫输运状态为沿程破裂状态；在有效输运区域内被识别为横向运动或局部回流的局部泡沫单元的面积占有效局部泡沫单元总面积的比例超过预设比例时，确定当前泡沫输运状态为偏流回流状态；在所述沿程输运指标均处于稳定运行基线的波动范围内且所述面积占比不超过预设比例时，确定当前泡沫输运状态为正常输运状态。

7、进一步地，所述稳定运行基线为在浮选过程处于稳定运行阶段时，依据所述多个沿程输运指标形成的基线值及其波动范围；按照所述多个沿程输运指标各自对应的波动尺度，确定当前输运状态相对于所述稳定运行基线的偏离程度；还在原矿来源、给矿状态或运行条件发生持续变化后的新的稳定运行阶段，重新形成与变化后工况对应的稳定运行基线。

8、进一步地，记录控制动作下发时刻，根据历史响应确定最早有效响应时刻，依据表观输运停留时间修正有效响应窗口；窗口结束后比较控制动作前后的偏离程度，偏离程度减小时保留原调节方向作为候选方向，偏离程度增大时减小幅值或改变方向。进入正常输运状态后保持控制设定值。

9、进一步地，使控制变量调节后的取值处于其最小允许控制值与最大允许控制值之间，并使调节幅值满足单周期最大变化量及连续控制变化速率的限制；相邻两次动作的实际时间间隔不小于最小评价时间间隔，并覆盖前一次动作至完整响应评价结束的实际时长。在缺少与当前工况相近的历史响应数据时，采用满足上述约束的小幅单变量控制变化，依据完整有效响应评价确定该变量及方向是否适合作为后续调节的候选。

10、进一步地，进行可信度判定时，在相机原始图像坐标系内，将固定泡沫观察区域中连续多个采样时刻位置稳定、持续模糊或遮挡且周围可见泡沫持续运动的区域作为镜头污染候选区域；排除固定槽体结构及刮泡机构遮挡后形成污染候选掩膜，不单凭静止或低速确认镜头污染。对不能与真实滞留泡沫区分的候选区域，标记为不确定遮挡，并根据剩余可用面积及视觉可信度决定图像是否可用。依据固定槽体结构或溢流堰边缘的整体同步位移补偿相机振动；依据几何形态、连续运动方向与周期性特征识别刮泡遮挡。污染候选及刮泡遮挡区域不参与被遮挡期间的泡沫事件统计；有效泡沫区域占比或视觉可信度不满足可用条件时，保持最近一次可信控制设定，恢复并连续满足有效图像确认条件后恢复闭环。

11、进一步地，实施本方法的工业视觉采集装置设置于浮选槽上方或侧上方，视场覆盖一段泡沫输运区域及对应溢流堰边界；图像处理与调控装置完成图像处理、状态判定和响应评价，并与充气量、药剂添加量及液位调节执行机构通信连接。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

13、1、通过确定泡沫向溢流堰运动的实际输运路径与到堰有效速度，区分真正的产品方向输运与横向运动、局部回流，使泡沫表面速度具备明确的空间物理意义，解决了静态外观相近而输运过程不同的工况难以区分的问题；

14、2、通过建立允许迁移、合并与破裂的泡沫沿程事件链，即使气泡标识发生变化仍能追溯其输运历史，并沿实际输运路径获得表观输运停留时间、沿程气泡增长程度、沿程合并程度、沿程破裂程度与泡沫输运到堰率，使泡沫在到达溢流堰以前发生的状态变化得以量化，而非仅观察最终泡沫形态；

15、3、通过对镜头污染、相机振动、刮泡机构遮挡与照明变化的识别与剔除，降低真实工业环境对泡沫事件判断的干扰；

16、4、通过建立与当前工况对应的稳定运行基线并比较偏离程度，避免不同矿源、药剂制度和运行条件下使用统一绝对阈值造成的误判；

17、5、通过将控制动作与经过实际响应窗口后的沿程输运指标变化相对应，避免控制效果尚未显现时连续重复调整造成的过调，并根据浮选槽自身对实际控制动作的响应确定当前工况的有效调节方向，降低完全依赖固定人工经验控制规则产生的适应性问题。