流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法及实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，采用像素面积法精确的对聚团进行三维识别，其用于捕捉流化床烟丝实验过程中柔性丝状颗粒在密相区的三维重叠部分。实验装置采用了三块弧度分别为75

【技术实现步骤摘要】
流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法及实验系统


[0001]本专利技术涉及烟丝干燥工艺
，尤其是涉及一种流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法及实验系统。

技术介绍

[0002]流化床干燥机由于气固接触效率高和容易收集等原因，被广泛应用于制药、农业、化学和食品工程等许多工业加工过程中，其工作原理是将粉粒状、膏状、乃至悬浮液和溶液等流动性物料放在如多孔板等气流分布板上，由其下部送入具有相当速度的干燥介质。当介质流速较低时，气体从物料颗粒间流过，整个物料层不动；逐渐增大气流速度，物料层开始膨胀，颗粒间间隙增大；再增大气流速度，相当部分物料呈悬浮状，形成气—固混合床，即流化床，因流化床中悬浮的物料很像沸腾的液体，故又称沸腾床，而且它在许多方面呈现流体的性质，有明显的上界面，并保持水平；若再增大气流流速，颗粒几乎全部被气流带走，就变为气体输送了。
[0003]采用的颗粒材料种类繁多，粒径大，颗粒的物理性质和形状各异，例如，用流化床干燥机将牧草、烟叶和海藻切碎成小条干燥，这些特殊粒子是柔长丝状的，具有柔韧性，通常被称为柔性丝状颗粒。柔性丝状颗粒在工业流态化干燥过程中得到了广泛的应用。特殊颗粒流的不均匀性将极大地影响流体力学特性和设备干燥性能。这些类型的颗粒由于其柔韧性、丝状形状和水分含量的不均匀性，容易粘在一起，难以分离，然后它们可以很容易地关联成定量变化缓慢(如粒子数量增长)的高阶结构，最终形成所谓的聚团。在这个过程中，聚团一旦形成，就不可能轻易消失，聚团的形成以及形态变化与聚团的运动状态有着密切的关系。这将对水动力特性和设备的干燥性能受到很大的影响。例如，烟丝在流态化干燥过程中，由于聚团的出现，会使烟丝产品出现湿团，严重影响产品质量的一致性。虽然当前对粒子聚团的研究较多，其目的是为了研究颗粒聚团的产生原因，以及聚团的出现对纤丝状颗粒在流化床实验过程中会造成什么具体的影响，从而通过大量的研究，寻找相应的措施去尽可能的避免聚团的形成。但是在对于如何捕捉粒子聚团三维结构方面并未有一个公开性方法，在处理实验图像时，缺少一种便捷的处理方法，进而给实验研究过程中数据处理方面带来了一定的困难。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，弥补现有图像处理技术中对识别纤丝状颗粒聚团图像方法的空白。并提供了其检测处理系统。
[0005]技术方案：一种流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：在实验系统上进行流化床烟丝冷态实验，纤丝状颗粒通过引流板均匀吹入提升管，使用高速摄影机一和高速摄影机二分别对提升管的YZ坐标面和XZ坐标面进行拍摄，记录烟丝的流动状态，并同时对YZ坐标面和XZ坐标面补光；
[0007]步骤二：将高速摄影机一和高速摄影机二获取的图像信号载入PC端，PC系统从大量的图像资料库里通过每一帧信号识别码筛选出同一信号时刻内高速摄相机一拍摄得到的YZ坐标面的图像与高速摄影机二拍摄得到的XZ坐标面上的图像，并组合模拟成三维图像对其运算；
[0008]步骤三：对模拟得出的三维图像通过形态学运算和减法运算，减去背景图像；
[0009]步骤四：对所减去背景的图像进行灰度处理；
[0010]步骤五：用自动获取阈值的算法获取二值化阈值，对灰度处理后的图像进行二值化；
[0011]步骤六：对二值图像进行一次颜色取反；
[0012]步骤七：寻找连通域、计算面积并染色，采用像素面积法对不同阈值的颗粒和聚团的像素值进行计算得到图像中颗粒与聚团的面积，并对颗粒与聚团染色区分，其中，0～1500像素值染为颜色一，标记为小颗粒；1500～3000像素值染为颜色二，标记为大型颗粒；大于3000像素值染为颜色三，标记为目标聚团；
[0013]步骤八：删除染色后YZ坐标面或者XZ坐标面内颗粒的图像中小于设定阈值像素面积的部分，即删除单粒子部分；
[0014]步骤九：对删除小于阈值面积部分后的图像进行二次颜色取反，最终得到纤丝状颗粒聚团图像以及聚团面积数据，结束运算。
[0015]进一步的，高速摄影机一和高速摄影机二在拍摄前均经过参数初始化处理，并且高速摄影机一和高速摄影机二的首发信号均同步，高速摄影机一和高速摄影机二的拍摄区域为实验系统的密相区。
[0016]进一步的，在步骤八中，设定阈值面积为3000～3500像素，当YZ坐标面和XZ坐标面内颗粒面积S均大于设定阈值时，选取识别面积较大的一坐标面进行运算。最佳的，实验所用烟丝尺寸为7.6mm
×
0.9mm～15mm
×
0.9mm。
[0017]进一步的，在步骤四中，图像上的像素点的灰度值设置为0或255。
[0018]一种使用上述的流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法的实验系统，包括流化床，还包括面光源灯一、面光源灯二、补光灯一、补光灯二、高速摄影机一、高速摄影机二、集线器、PC端，流化床的提升管的XZ坐标面和YZ坐标面上分别安装有面光源灯一、面光源灯二，高速摄影机一朝向流化立管的XZ坐标面设置于流化立管的一侧，其一侧设置有补光灯一，高速摄影机二朝向流化立管的YZ坐标面设置于流化立管的一侧，其一侧设置有补光灯二，高速摄影机一、高速摄影机二分别通过集线器与PC端信号连接。
[0019]进一步的，提升管下端连接引流管，引流管内包括三块弧形的、从下至上依次间隔斜置的低位板、中位板、高位板，低位板与引流管内底壁的间距为5cm～7cm，中位板与低位板的间距为12cm～14cm，高位板与中位板的间距为7cm～9cm。最佳的，低位板、中位板、高位板的弧度分别为75
°
～80
°
、60
°
～65
°
、50
°
～55
°
。
[0020]最佳的，低位板、中位板、高位板的相对两侧边分别与引流管两内侧壁榫接，榫接间隙为0.5～1.5mm。
[0021]进一步的，流化床还包括风机、储料仓、抽拉板、螺母、卸料器、卸料仓、旋风分离器、承载容器、回流管、调节阀一、调节阀二，引流管的另一端通过通风管与风机连接，提升管的上端通过一弯管连通旋风分离器，旋风分离器的底部与承载容器连通，旋风分离器的
顶部通过回流管连通通风管侧壁，回流管上间隔安装有调节阀一、调节阀二，储料仓设置于卸料仓上方，两者通过螺母连接，且连接处设有抽拉板，卸料器安装于卸料仓内的上部，卸料仓的底部与引流管的上侧壁连通。
[0022]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0023]本方法通过可拆卸式引流板的作用，将纤丝状颗粒均匀吹入提升管，三块引流板的弧度以及三者之间的距离对颗粒均匀性有明显的改善。图像采集与运算方面：对提升管截面处采用面光源灯一、面光源灯二以及补光灯一、补光灯二补光后能够优化阴影部分，用高速摄影机一、高速摄影机二分别对YZ坐标面与XZ坐标面拍摄得到烟丝流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：在实验系统上进行流化床烟丝冷态实验，纤丝状颗粒通过引流板均匀吹入提升管，使用高速摄影机一和高速摄影机二分别对提升管的YZ坐标面和XZ坐标面进行拍摄，记录烟丝的流动状态，并同时对YZ坐标面和XZ坐标面补光；步骤二：将高速摄影机一和高速摄影机二获取的图像信号载入PC端，PC系统从大量的图像资料库里通过每一帧信号识别码筛选出同一信号时刻内高速摄相机一拍摄得到的YZ坐标面的图像与高速摄影机二拍摄得到的XZ坐标面上的图像，并组合模拟成三维图像对其运算；步骤三：对模拟得出的三维图像通过形态学运算和减法运算，减去背景图像；步骤四：对所减去背景的图像进行灰度处理；步骤五：用自动获取阈值的算法获取二值化阈值，对灰度处理后的图像进行二值化；步骤六：对二值图像进行一次颜色取反；步骤七：寻找连通域、计算面积并染色，采用像素面积法对不同阈值的颗粒和聚团的像素值进行计算得到图像中颗粒与聚团的面积，并对颗粒与聚团染色区分，其中，0～1500像素值染为颜色一，标记为小颗粒；1500～3000像素值染为颜色二，标记为大型颗粒；大于3000像素值染为颜色三，标记为目标聚团；步骤八：删除染色后YZ坐标面或者XZ坐标面内颗粒的图像中小于设定阈值像素面积的部分，即删除单粒子部分；步骤九：对删除小于阈值面积部分后的图像进行二次颜色取反，最终得到纤丝状颗粒聚团图像以及聚团面积数据，结束运算。2.根据权利要求1所述的流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，其特征在于：高速摄影机一和高速摄影机二在拍摄前均经过参数初始化处理，并且高速摄影机一和高速摄影机二的首发信号均同步，高速摄影机一和高速摄影机二的拍摄区域为实验系统的密相区。3.根据权利要求1所述的流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，其特征在于：在步骤八中，设定阈值面积为3000～3500像素，当YZ坐标面和XZ坐标面内颗粒面积S均大于设定阈值时，选取识别面积较大的一坐标面进行运算。4.根据权利要求1所述的流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，其特征在于：实验所用烟丝尺寸为7.6mm
×
0.9mm～15mm
×
0.9mm。5.根据权利要求1所述的流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法，其特征在于：在步骤四中，图像上的像素点的灰度值设置为0或255。6.一种使用权利要求1～5任一所述的流化床纤丝状颗粒群发生聚团的检测处理方法的实验系统，包括流化床，其特征在于：还包括面光源灯一(8)、面...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾丛汇，杜明铺，许冰洋，杨俊杰，赵海超，刘源，张军，万宇超，胡俐帆，钟宇生，欧阳敏，李园园，王华君，周会舜，
申请(专利权)人：江西中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：