具体实施方式

以下结合附图1至5，进一步说明本发明一种高炉布料器波纹管位移次数检测方法及装置的具体实施方式。本发明一种高炉布料器波纹管位移次数检测方法及装置不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例提供一种高炉布料器波纹管位移次数检测方法，如图1-3所示，包括以下步骤：

(S1)确定待检测波纹管视频帧图像的ROI区域；

(S2)通过对ROI区域像素点进行检测，判定波纹管是否发生位移运动；

(S3)统计波纹管发生位移运动的次数。

具体的，步骤S1中采用的方法还包括：

(S1.1)获取待检测工况下波纹管视频帧图像。例如采用摄像机实施获取工作状态中的波纹管的视频图像，并通过程序以固定时间间隔截取视频的帧图像。

(S1.2)去除波纹管视频帧图像的背景。例如应用背景减除算法对帧图像进行处理。

(S1.3)将帧图像分割成多个ROI。例如，将帧图像(图像像素为1920x1200)分割成多个ROI(感兴趣区域)。优选的，还可以对ROI截取后的图像进行高斯模糊，用于去除图像中的噪声。然后将背景模型导入视频帧中，并根据阈值，将位移运动部分用矩形框画在当前帧frame上，得到检测效果图。

具体的，步骤S2中采用的方法还包括：

(S2.1)统计每个ROI二值图中位移像素点数量，获得每个ROI位移像素点数量随时间变化的关系；

(S2.2)取一定时长或固定帧数，计算该时长或帧数内每个ROI位移像素点数量数据的方差，并取方差倒数。可以对数据进行滑动滤波，保存到数组jilu_i[]中，并将其显示出来(其中，i表示ROI的编号)；将采集到的数据与时间帧数相对应，将滑动滤波后的数据进行作图，画出像素点个数随时间变化的曲线，并将曲线保存到本地文件夹下。

(S2.3)为了对多个ROI进行整合，通过sotfmax分类器，对每个ROI进行权重分配。可以采用加权平均的方法，获得每个图像帧的加权平均位移像素点数量。具体的，计算步骤(S2.2)中生成的各组ROI数据的方差，取方差倒数a_i＝1/(1+jilu_i_std)，引入归一化指数函数softmax，对多组数据通过softmax分类器函数进行权重分配。

(S2.4)根据所述权重，逐帧获得每一帧中多个ROI的加权平均位移像素点数量。具体的，按权重对数据按a₁*jilu₁[]+a₂*jilu₂[]+…+a_n*jilu_n[]进行加权平均处理(其中，a_i表示第i个ROI的权重)，得到新数据保存在数据库中，从而将多组数据经权重分配后整合为一组数据。

(S2.5)对多个ROI的加权平均位移像素点数量进行检测，若多个ROI的加权平均位移像素点数量超过第一阈值，则判定波纹管产生位移，反之则判定波纹管未产生位移。

由于步骤S2是对数据帧逐个进行检测，每个数据帧之间的时间间隔通常为毫秒级。而波纹管的运动周期比较长，例如一个典型的波纹管运动周期为：膨胀过程持续时长为10-30秒，膨胀后静止时长为10-40分钟，之后的收缩时长为10-40秒。因此，不能用检测到的表示波纹管产生膨胀位移的数据帧的数量统计，表示波纹管的真实位移次数，而是需要将上述数据按照真实膨胀位移情况进行再次整合。另一方面，步骤S2获得的每个数据帧是否产生位移的结论，存在的较大的误差，主要体现在：一是波纹管在位移过程中并非持续、均匀的膨胀或收缩，而是在位移过程中伴随着若干“爆破式”的运动过程(举例来说，在0-20秒的膨胀过程中，在10-10.2秒阶段，波纹管突发性的膨胀1厘米，但随后10.2-12.5秒阶段，波纹管几乎处于静止状态，随后12.5-17秒阶段，波纹管仅仅又缓慢的膨胀0.2厘米)，这就使得步骤S2得到的结论，并非是将0-20秒的全部数据帧均判定为“波纹管位移”；同理，在膨胀后静止阶段，或者非位移阶段，由于波纹管存在不确定的震动或微位移，步骤S2得到的结论中也存在一定的误判(将非位移状态检测为位移状态)；此外，受外界光线强度发生变化、昆虫飞过摄像头画面等外部因素的影响，步骤S2得到的结论也存在一定的误差。

因此，最终计算波纹管位移次数时，需要对步骤S2的逐帧检验结果进行整合，避免将一个“膨胀-收缩”过程中的多帧数据识别成多个过程；同时，还要充分考虑如何处理步骤S2的逐帧检验结果中存在的上述误判或误差，减少其对最终计数结果造成的影响。

为解决上述问题，在步骤S3中，利用S2加权后的数据与第二阈值的关系，通过判断加权平均位移像素点数量与所设定位移的关系，计算出波纹管位移的次数。具体的，如图3所示，步骤S3中采用的方法还包括：

(S3.1)计算并设定波纹管位移计数时间间隔；

(S3.2)判定波纹管产生位移的时长或帧数是否达到阈值，若是，转下一步；

(S3.3)统计判定波纹管位移帧数量，获得波纹管位移次数。

对于步骤S3.1，由于波纹管位移运动通常较为缓慢，其变化要通过连续多帧来反映，因此要设置合适的时间间隔，并判定t_n+1选点是否落在运动过程中。具体的，所述步骤S3.1中采用的方法包括：

记t_n为波纹管位移次数计数的上个一结束时间点，记t_n+1为当前波纹管位移计数时间点；

调用数据库中加权后的位移检测像素点数据，t_n为上个一波纹管位移计数结束的时间点。设定t_n+1为当前波纹管位移计数时间点，判断t_n+1为当前波纹管位移计数时间点是否可行：

计算t_n时间点到t_n+1时间点的帧数，记为：n_t＝(t_n+1-t_n)×fps，其中，fps为视频的帧率；

将n_t帧时刻的加权平均位移像素点数量与设定的阈值进行比较：若小于阈值，说明该帧没有落在运动过程中，则判定t_n+1为当前波纹管位移计数时间点可行，并设定t_N＝t_n+1-t_n为波纹管位移计数时间间隔；

若大于阈值，则判定该帧为波纹管位移运动过程；设定t_N＝(t_n+1-t₁)-t_n，其中，t₁为波纹管一个位移运动周期的典型时长；

再次将n_t帧时刻的加权平均位移像素点数量与设定的阈值进行比较：若小于阈值，则设定波纹管位移计数时间点为t_N＝(t_n+1-t₁)-t_n；

若大于阈值，则说明检测结果出现误检问题或者波纹管出现故障，需要人工进行检查，系统可以作出错误提示从而向用户报错。

在步骤S3.2中，由于加权后的位移像素点数量不一定会刚好与第二阈值相等，所以将时间间隔N中每一帧的像素点都与第二阈值相比较，将大于等于第二阈值的位移像素点数据置1，将小于第二阈值位移像素点数据置0.将更改后的数据保存至数据库M中。具体的，所述步骤S3.2中采用的方法为：

在波纹管位移计数时间点t_N时刻或t_N时刻之后，取长度为N帧的加权平均位移像素点数量数据，记为数据L；记判定次数为K，初始值为0；

取数据L中加权平均位移检测像素点数据，逐帧分析N帧时间段内数据随时间变化量与第一阈值的关系：

若大于等于第一阈值，将对应帧位移检测像素点数据置1，并增加一次判定次数K＝K+1；

若小于第一阈值，将对应帧位移检测像素点数据置0，并增加一次判定次数K＝K+1；

当判定次数达到K＝N时，结束判定并记录产生的新数据到数据库M中。

在步骤S3.3中，主要是完成最终的位移计数，并更新下一周期的起始时间t_n。传统的技术方法一般是先找极值点，但是由于波纹管的的位移过程(即“膨胀-收缩”过程)的特殊性，每一次位移的极值都是不相同的，很难找到统一的判定规则，因此在本步骤中采取阈值判定的方法，从而可以准确计算位移次数。具体的，所述步骤S3.3中采用的方法为：调用数据库M中的位移检测像素点新数据，逐帧判定相邻两帧数据的关系，具体包括：

设点当前数据所对应的时间t_i为0，设定帧数个数k_i为0，设定判定次数I为0；

若相邻两帧数据相等，增加一次判定次数I＝I+1；

若相邻两帧数据不相等，更新当前数据所对应的时间t_i＝t_i+I/fps，更新帧数个数k_i＝k_i+1，并增加一次判定次数I＝I+1；

当判定次数达到I＝N时，结束判定；

统计判定后记录的帧数个数k_i；

通过计算出波纹管位移次数k_n；

记录当前时间t_n＝t_n+t_N，作为下一周期的起始时间。

实施例2：

本实施例提供一种高炉布料器波纹管位移次数检测装置，包括：

视频采集单元，用于采集待检测波纹管视频帧图像，并确定待检测波纹管视频帧图像的ROI区域；

波纹管位移运动检测单元，用于对ROI区域像素点进行检测，判定波纹管是否发生位移运动；

波纹管位移运动次数统计单元，用于统计波纹管发生位移运动的次数。

具体的，本装置在运行过程中采用实施例1所述方法的步骤。

实施例3：

本实施例提供一种高炉布料器波纹管位移次数检测系统，其检测的基本原理是：当波纹管在工况下运行时，波纹管位移次数检测摄像机实时获取波纹管现场视频图像。波纹管现场视频图像经交换机传输到视频图像处理服务器中进行算法处理，得到每帧图像与所建立背景图像的检测效果图，并将效果图中图像转化为数据进行处理，实现位移次数的计算功能。在检测到故障时，视频图像处理服务器将位移运动次数、发生位移运动的时间点传输给显示终端，以指导工业生产。

具体的，如图4所示，所述高炉布料器波纹管位移次数检测系统包括：

视频采集装置，用于采集待检测波纹管视频帧图像，并传输至图像处理服务器；所述视频采集装置可以是摄像机装置1。

图像处理服务器6，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，用于接收所述视频采集装置采集待检测波纹管视频帧图像，并按照实施例1所述方法，检测所述波纹管位移次数。

优选的，如图4所示，所述高炉布料器波纹管位移次数检测系统在本发明实施例中，波纹管位移次数检测系统包括：摄像机装置1，摄像机装置安装于波纹管正前方，用于采集现场工况下波纹管的视频帧图像；补光装置2，提供拍摄所需的光；支架3，固定、调整摄像机装置及补光装置的位置；交换机4，用于摄像机装置与视频图像处理服务器间视频信号数据的传输；视频图像处理服务器6，具有视频图像处理系统，对采集到的视频图像进行波纹管位移判定算法、波纹管位移次数统计算法处理；显示终端7，显示位移次数与发生位移运动的时间；光纤8，用于数据在设备间的传输。

如图5所示，是本发明实施例3提供的高炉布料器波纹管位移次数检测系统的实现效果示意图。

实施例4：

本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如实施例1所述方法的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。