專利名稱：一種基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，在鋼鐵行業(yè)中，企業(yè)逐步提高了對物流管理自動化水平的要求，鋼鐵板坯信息即鋼鐵板坯編碼是鋼鐵企業(yè)物流管理及生產(chǎn)過程的重要信息，通常采用一定的字母或數(shù)字及其組合編碼表示，自動獲取鋼鐵板坯信息對物流管理中的板坯跟蹤及企業(yè)自動化及信息化生產(chǎn)有重要意義。板坯跟蹤是指MES系統(tǒng)中煉鋼側(cè)物料模塊中的板坯管理信息畫面自動接收連鑄二級系統(tǒng)的板坯切割信息和稱重信息。目前，國內(nèi)的大部分鋼鐵廠，鋼鐵板坯編碼的識別還停留在人工識別的基礎上，缺乏對鋼鐵板坯編碼進行自動識別的措施。同時，現(xiàn)有的字符識別技術(shù)主要應用在光學成像 背景簡單的場合，而鋼鐵板材的板坯生產(chǎn)線存在環(huán)境復雜、光照環(huán)境變化，板坯側(cè)面的字符成像背景復雜等惡劣因素的影響，現(xiàn)有的字符識別技術(shù)無法很好地應用于鋼鐵板坯編碼識另IJ。此外，人工識別的低效性，嚴重影響物流管理中的板坯跟蹤的自動化水平和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的完善。目前，板坯跟蹤主要在MES系統(tǒng)中實現(xiàn)對前后兩工序板坯的跟蹤。這種半自動板坯跟蹤系統(tǒng)不能準確和實時跟蹤從轉(zhuǎn)爐廠送往熱軋廠的板坯情況，對這個轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的信息變化，MES系統(tǒng)沒有進行實時修正,使得MES系統(tǒng)中的信息與實際板還信息有差異，不能真正實現(xiàn)前后工序物流實物與信息的一致，沒有真正實現(xiàn)一級系統(tǒng)的板坯自動跟蹤。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)，該基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)具有自動化程度高，編碼識別效率高的特點。實用新型的技術(shù)解決方案如下一種基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)，包括CXD攝像機、光端發(fā)射機、光端接收機、顯示器、帶采集卡的用于實現(xiàn)所述鋼鐵板坯編碼自動識別的工控機以及現(xiàn)場PLC ；CCD攝像機的輸出端與光端發(fā)射機的輸入端連接,光端發(fā)射機的輸出端與光端接收機的輸入端通過光纖連接；采集卡通過PCI插槽與工控機連接；顯示器與工控機連接，現(xiàn)場PLC與工控機的通信端口連接。所述的基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)還包括視頻分配器、監(jiān)控屏幕和硬盤錄像機，光端接收機通過視頻分配器與采集卡相連；監(jiān)控屏幕和硬盤錄像機的輸入端均與視頻分配器的輸出端連接。有益效果本實用新型的基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)，替代人工進行鋼鐵板坯編碼識別，有效地避免由于工人主觀原因造成的鋼鐵板坯編碼誤識別，加強了企業(yè)物流管理的自動化水平，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，并降低了操作人員的勞動強度。將識別后的鋼鐵板坯編碼傳遞給MES系統(tǒng)，自動實現(xiàn)對鋼鐵板坯信息在轉(zhuǎn)爐廠和熱軋廠之間的跟蹤，從而達到對鋼鐵板坯信息的全線跟蹤，提高兩廠之間的物流管理水平。該系統(tǒng)的人機交互界面設計簡單，便于現(xiàn)場操作人員使用。該系統(tǒng)識別率高，速度快，工作穩(wěn)定可靠，具有較強的實用型。針對板坯字符編碼的特征，采用一種新方法進行特征提取，提高了字符特征信息提取的全面性，具有特征提取簡單，運算方便，并能夠有效地實現(xiàn)鋼鐵板坯編碼的識別。

圖I為基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)框圖；圖2為基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)的工作原理框圖； 圖3為基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)的軟件流程圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明實施例I :本實施例中的基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)由CXD攝像機
I、光端發(fā)射機2、光端接收機3、視頻分配器4、監(jiān)控屏幕5、硬盤錄像機6、采集卡7、工控機8和顯示器9，以及現(xiàn)場PLClO組成，如圖I所示，CXD攝像機I負責拍攝板坯視頻。光端機是將光信號和電信號相互轉(zhuǎn)換的設備，光端發(fā)射機2是接收電信號，轉(zhuǎn)換成光信號；光端接收機3是接收光信號，轉(zhuǎn)換成電信號；作用是將視頻信息轉(zhuǎn)換成光信息，通過光纖實現(xiàn)視頻傳輸，而光纖傳輸具有損耗低、抗干擾和容量大等優(yōu)點，由此，降低視頻信號的損失，增強抗干擾能力和傳輸實時性，保證傳輸過程中，視頻信號的質(zhì)量?，F(xiàn)場PLClO與工控機8通信連接，用于向工控機8傳輸鋼鐵板還編碼。視頻分配器4，是把一個視頻信號源平均分配成多路視頻信號的設備。即將CCD攝像機I輸出視頻信號均分給監(jiān)控屏幕5、硬盤錄像機6和采集卡7。監(jiān)控屏幕5，只是實時顯示CXD攝像機I的拍攝畫面，屬配套設施，與系統(tǒng)識別功能無關(guān)。硬盤錄像機6，只是實時記錄CXD攝像機I的拍攝畫面，屬配套設施，與系統(tǒng)識別功能無關(guān)。采集卡7用于從CXD攝像機I拍攝的視頻中采集圖像數(shù)據(jù)，供系統(tǒng)工控機8處理。工控機8是系統(tǒng)軟件的運行平臺，顯示器9是人機交互的接口。通過對獲取的鋼鐵板坯圖像進行板坯的檢測及板坯編碼的識別，將識別結(jié)果進行顯示、儲存及傳輸，完成板坯的自動識別及跟蹤，整個系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。整個軟件系統(tǒng)包括鋼鐵板坯編碼的自動識別和人機交互界面，系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。CCD攝像機I將采集到的視頻經(jīng)光端發(fā)射機和光端接收機，由視頻分配器4分別傳送給監(jiān)控屏幕5、硬盤錄像機6及采集卡7。當運動板坯觸發(fā)光電檢測裝置產(chǎn)生到來信號光電檢測裝置是由紅外線發(fā)射裝置和接收裝置組成，當板坯到來并擋住紅外線時，致使接收裝置無法接收到紅外線，此時，輸出板坯到來信號，即實現(xiàn)觸發(fā)，系統(tǒng)啟動采集卡7，從采集到的視頻中采集圖像，依次獲得單幀原始圖像，經(jīng)過一段時間獲得多幀原始圖像。[0022]本實用新型涉及到的鋼鐵板坯編碼自動識別方法如下一種鋼鐵板坯編碼自動識別方法，在鋼鐵板坯的傳輸現(xiàn)場獲取連續(xù)的多幀原始圖像，從第一幀原始圖像開始，依次對每一幀原始圖像按以下步驟自動識別鋼鐵板坯編碼步驟I :對原始圖像進行圖像預處理；所述的預處理包括灰度化處理、均值濾波處理和差分處理；所述的差分處理指將濾波后的圖像與背景圖作差分處理，獲得差分灰度圖；所述背景圖是指當系統(tǒng)判斷原始圖像中不存在板坯時，將濾波后的圖像保存或更新為背景圖片；步驟2 :對預處理后的圖像進行二值化，再對所得的二值圖進行板坯編碼檢測及編碼位置定位，所述的板坯編碼檢測及編碼位置定位采用投影處理方法；步驟3 :對原始圖像按照前述的編碼位置定位得到的邊界坐標進行切分，得到多個單字符圖像，所述單字符圖像是指只含有一個字符編碼的圖像；對每一個單字符圖像都進行字符識別，從而完成對當前幀原始圖像中的板坯編碼識別； 返回步驟I對下一幀原始圖像進行處理。步驟2中的板坯編碼檢測的過程為將預處理后的圖像進行二值化處理得到二值圖，對二值圖進行垂直投影，若所得到的垂直投影曲線與預設水平線存在交點，則判定當前圖像中含有板坯編碼，否則說明當前圖像中不存在板坯編碼；所述的垂直投影，指計算二值圖中每一列的白色像素點的數(shù)量作為垂直投影曲線的Y軸坐標值，以二值圖中的橫向像素點序號作為垂直投影曲線的X軸坐標值，形成垂直投影曲線。步驟2中，所述二值化處理的閾值為avg+N，N取值為20 70中的任一值；avg為差分后灰度圖整幅圖像像素灰度值的平均值。步驟2中的板坯編碼位置定位的過程為(I)對二值圖進行水平投影，得到水平投影曲線；水平投影曲線與預設水平線的兩個交點即為上下邊界點；(2)垂直投影曲線與預設水平線相交，形成多對交點，每一對相鄰的交點即對應一個單字符的左右邊界；(3)基于所述的上下邊界點和每一個單字符的左右邊界，對二值圖進行切分，得到多個單字符圖像；所述的水平投影，指計算二值圖中每一行的白色像素點的數(shù)量作為水平投影曲線的Y軸坐標值，以二值圖中的縱向像素點的序號作為水平投影曲線的X軸坐標值，形成水平投影曲線。預設水平線在水平投影曲線和垂直投影曲線所在的坐標系的縱坐標均為15。所述的單字符圖像字符識別包括以下步驟步驟a :對單字符圖像進行灰度化，獲得單字符灰度圖；步驟b :對所述單字符灰度圖進行濾波處理，獲得濾波后的單字符灰度圖；步驟c :對所述濾波后的單字符灰度圖進行二值化處理，獲得單字符二值圖；步驟d :對所述單字符二值圖進行大小歸一化處理，獲得歸一化單字符二值圖；步驟e :對所述歸一化單字符二值圖進行逐像素點特征提取，得到特征向量矩陣；所述的逐像素點特征提取是指對歸一化單字符二值圖逐行逐列進行掃描，對歸一化單字符二值圖中的白色像素點，取特征值為1，對歸一化單字符二值圖中的黑色像素點，取特征值為O，最后得到一個特征向量矩陣，特征向量矩陣的維數(shù)等于歸一化單字符二值圖中像素點的總數(shù)目；步驟f :逐像素點模板匹配將所述的特征向量矩陣與多個字符模板進行匹配，獲得多個相似度，相似度指相同元素數(shù)目占總元素數(shù)目的比例；以相似度最大的字符模板所對應的字符作為當前單字符圖像的匹配結(jié)果；每一個字符模板中的元素數(shù)量與特征向量矩陣中包含的元素數(shù)量相同。所述的步驟f中，所述特征向量矩陣與字符模板匹配方式為依次比較特征向量矩陣中的每個元素與字符模版中的對應元素，判斷是否相同，并統(tǒng)計相同元素的數(shù)目，將相同元素的數(shù)目占總元素數(shù)目的比例作為當前單字符圖像與該當前字符模板的相似度。所述的步驟f中，所述字符模板的制作過程如下首先獲取板坯編碼圖像，以包含所有單個板坯編碼為一組，選取一組板坯編碼的單字符圖像，經(jīng)過步驟a至步驟e的處理， 獲得一組與板坯編碼圖像對應的特征向量矩陣，將該組特征存儲為文件，即為一組與板坯編碼圖像對應的字符模板。所述的單字符灰度圖進行二值化處理采用大津法；所述的大小歸一化處理是指將二值圖轉(zhuǎn)換為50X60像素尺寸大小圖像；所述的字符模板為多組；所述的字符模板對應的字符組包含的字符為數(shù)字0-9、英文大寫字母、英文小寫字母、漢字中的至少一種。在編碼識別過程中，每識別出一個字符，則將該字符對應的置信度增加1，置信度初始值為O ;對任一個鋼鐵板坯的最后一個編碼完成編碼識別后，若某一個編碼對應多個識別字符，則取置信度最高的識別字符作為最終的識別結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括CXD攝像機(I)、光端發(fā)射機(2)、光端接收機(3)、顯示器(9)、帶采集卡(7)的用于實現(xiàn)所述鋼鐵板坯編碼自動識別的工控機(8)以及現(xiàn)場PLC(IO) ;CCD攝像機(I)的輸出端與光端發(fā)射機(2)的輸入端連接，光端發(fā)射機(2)的輸出端與光端接收機(3)的輸入端通過光纖連接；采集卡(7)通過PCI插槽與工控機⑶連接；顯示器(9)與工控機⑶連接，現(xiàn)場PLC (10)與工控機(8)的通信端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，還包括視頻分配器(4)、監(jiān)控屏幕(5)和硬盤錄像機￠)，光端接收機(3)通過視頻分配器(4)與采集卡(7)相連；監(jiān)控屏幕(5)和硬盤錄像機(6)的輸入端均與視頻分配器(4)的輸出端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)，包括CCD攝像機(1)、光端發(fā)射機(2)、光端接收機(3)、視頻分配器(4)、監(jiān)控屏幕(5)、(6)硬盤錄像機、采集卡(7)、工控機(8)和顯示器(9)，以及現(xiàn)場PLC(10)，CCD攝像機(1)負責拍攝板坯視頻。該基于鋼鐵板坯編碼圖像的板坯自動識別與跟蹤系統(tǒng)具有自動化程度高的特點。
文檔編號H04N7/18GK202523078SQ201220127140
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者何勇, 吳敏, 安劍奇, 曹衛(wèi)華, 李勇, 杜楠, 王永波 申請人:中南大學