一种浮选过程气泡直径的测量方法与流程

本发明涉及一种矿物浮选，尤其涉及一种浮选过程气泡直径的测量方法。

背景技术：

浮选过程是矿物加工过程最重要的选别技术之一，浮选的本质是根据矿物的亲水、疏水性不同，通过搅动注入空气的水中将在表面活性剂附着的各类颗粒进行分选选别。因此，浮选过程中矿浆中各个层级的气泡大小格外重要，气泡的总表面积代表着浮选过程的重要指标之一。

针对浮选过程中气泡分布情况的研究，是解决浮选机设计过程中的重要测量手段之一，也是改进浮选效果的必要方法与手段。由于传统意义上对浮选各个层级的泡沫测量方法有限，测量及标定标准难以统一，目前仍以人工测量为主要的技术方法。

现有技术：

采用人工法测量泡沫大小及泡沫粒级分布。主要方法是将实验装置充水后插入到浮选槽中，挪除挡在前端的纸片，通过人工拍照进而数出气泡的个数并测量出大小。

同理计算上述排水的排水时间，计算出统计时间内的高低液位差值，进而求出单位横截面积内浮选机的充气量。

现有技术的缺点：

1)人工测量由于无固定测量相机，因此系统一致性不好，气泡大小存在偏差；

2)受光照、拍照频次及曝光时间等诸多因素制约，传统方法可能存在漏测、重复测量等问题，且不易发现；

3)对于气泡粘连等情况，只可以人为估算，不同观测者估算的结果偏差很大；

4)上述过程人工工作量很大，劳动强度大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种浮选过程气泡直径的测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的浮选过程气泡直径的测量方法，包括步骤：

1、布置好实验装置，将取气口插入到矿浆槽中，调整好以下动态参数：光源、物距、相机焦距及相机曝光时间、帧率，开始取样；

2、得到基于时间序列的气泡图片1,2,3，……；

3、将得到的第一帧图片进行灰度变换，并进行中值滤波处理，得到基于x,y坐标系下的气水灰度图；

4、将灰度图沿y方向进行梯度变换并取绝对值，再将图像沿x方向进行求和，绘制图片沿y方向灰度统计统计图，即是得到y方向同行像素的灰度变化直方图，该直方图代表的意义是气体测量装置在y方向灰度变化的强弱，由于气液分界面中气泡较密集，其在y方向上的灰度值有明显的减弱；

5、将上述统计图中的bin缩小三倍，并计算统计值平均值到最低点的差值；

6、将上述差值*0.2沿y轴正向进行寻峰处理，得到峰值最大区域；

7、根据峰值区域范围即得到气液分界面区间，最终将其换算到图像区域，得到此帧y方向的roi；

8、按照步骤3-7继续对第二帧图片进行y方向roi计算；

9、将第一帧图像roi区域中灰度值最小的10％像素点进行标记，并去除连通域面积小于30的区域，得到二值图a，再将第一帧在二值图中为1的区域中的每个像素在第二帧中进行3*3邻域扩大化，如在第二帧中3*3区域中寻找到灰度差值小于5％以内的像素，则对该像素标记，以此类推；

10、对第一帧标记好的连通域与图片a的连通域进行比对，连通域重叠区域大于80％的即认为该部分为帧与帧之间的背景区域，造成上述情况是因为装置内部粘连气泡或内部脏所造成的；

11、重复步骤10中重叠区域小于50％的区域，这部分区域为确定泡沫出现区域；求出第一帧与第二帧所有该区域的连通域的重心，并按照标号进行求出所有向量，计算气泡的平均移动距离及方向；

12、继续将上述气泡前景区域按照x轴方向进行累加，当x方向气泡前景像素小于总像素的0.5％，即认为该列无气泡移动，求出所有列的x方向统计图，扩大10倍bin区间，找出气泡最密集区域，即是图像在x方向的roi区域；

13、根据步骤11匹配出的泡沫移动距离，估算出每帧roi区域y方向的识别长度；

14、针对每一帧图片，首先将roi区域的灰度图采用最大类间方差法进行二值化，并将其取反，去掉面积过小连通域，得到以泡沫边缘轮廓为主的二值图，统计二值图中的每一个连通域，然后将其填充，进而判断是否闭合，对于所有连通域面积与周长比值小于某一阈值的区域，将其标记；

15、对于所有标记后的连通域，通过先膨胀n次后再腐蚀n次的方法，将其还原成椭圆形区域，进一步将其二次标记；

16、最后，对所有n次开闭运算仍未满足连通域面积与周长比大于某一阈值的气泡，系统标记为复合气泡，通过改进分水岭的办法将其分割，进而判断分割之后的气泡是否仍然满足连通域面积与周长的比值，从而确定是否需要继续分割，如分割则继续步骤15。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的浮选过程气泡直径的测量方法，采用自动方法测量不同浮选液面深度下单位横截面积的气泡总体积、气泡总个数、气泡大小和气泡直径分布。解决了气泡测量过程中出现的粘连问题，实现了气泡的自动分割；解决了气泡在充气过程中气水分界面不断下降及识别的问题；解决了气泡在上升过程中前后帧匹配的问题；实现了自动的背景噪声去除。

附图说明

图1为本发明实施例提供的浮选过程气泡直径的测量方法的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的浮选过程气泡直径的测量方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

1、布置好实验装置，将取气口插入到矿浆槽中，调整好以下动态参数：光源、物距、相机焦距及相机曝光时间、帧率，开始取样；

2、得到基于时间序列的气泡图片1,2,3，……；

3、将得到的第一帧图片进行灰度变换，并进行中值滤波处理，得到基于x,y坐标系下的气水灰度图；

4、将灰度图沿y方向进行梯度变换并取绝对值，再将图像沿x方向进行求和，绘制图片沿y方向灰度统计统计图，即是得到y方向同行像素的灰度变化直方图，该直方图代表的意义是气体测量装置在y方向灰度变化的强弱，由于气液分界面中气泡较密集，其在y方向上的灰度值有明显的减弱；

5、将上述统计图中的bin缩小三倍，并计算统计值平均值到最低点的差值；

6、将上述差值*0.2沿y轴正向及重力方向进行寻峰处理，得到峰值最大区域；

7、根据峰值区域范围即得到气液分界面区间，最终将其换算到图像区域，得到此帧y方向的roi；

8、按照步骤3-7继续对第二帧图片进行y方向roi计算；

9、将第一帧图像roi区域中灰度值最小的10％像素点进行标记，并去除连通域面积小于30的区域，得到二值图a，再将第一帧在二值图中为1的区域中的每个像素在第二帧中进行3*3邻域扩大化，如在第二帧中3*3区域中寻找到灰度差值小于5％以内的像素，则对该像素标记，以此类推；

10、对第一帧标记好的连通域与图片a的连通域进行比对，连通域重叠区域大于80％的即认为该部分为帧与帧之间的背景区域，造成上述情况是因为装置内部粘连气泡或内部脏所造成的；

11、重复步骤10中重叠区域小于50％的区域，这部分区域为确定泡沫出现区域；求出第一帧与第二帧所有该区域的连通域的重心，并按照标号进行求出所有向量，计算气泡的平均移动距离及方向；

12、继续将上述气泡前景区域按照x轴方向进行累加，当x方向气泡前景像素小于总像素的0.5％，即认为该列无气泡移动，求出所有列的x方向统计图，扩大10倍bin区间，找出气泡最密集区域，即是图像在x方向的roi区域；

13、根据步骤11匹配出的泡沫移动距离，估算出每帧roi区域y方向的识别长度；

14、针对每一帧图片，首先将roi区域的灰度图采用最大类间方差法进行二值化，并将其取反，去掉面积过小连通域，得到以泡沫边缘轮廓为主的二值图，统计二值图中的每一个连通域，然后将其填充，进而判断是否闭合，对于所有连通域面积与周长比值小于某一阈值的区域，将其标记；

15、对于所有标记后的连通域，通过先膨胀n次后再腐蚀n次的方法，将其还原成椭圆形区域，进一步将其二次标记；

16、最后，对所有n次开闭运算仍未满足连通域面积与周长比大于某一阈值的气泡，系统标记为复合气泡，通过改进分水岭的办法将其分割，进而判断分割之后的气泡是否仍然满足连通域面积与周长的比值，从而确定是否需要继续分割，如分割则继续步骤15。

所述实验装置包括透明腔体，所述取气口设于所述透明腔体的下部，所述透明腔体的上部设有注水口，所述透明腔体的一侧设有光源，另一侧设有工业级数字相机，所述取气口部位连接有气泡开关。

本发明的浮选过程气泡直径的测量方法，采用自动方法测量不同浮选液面深度下单位横截面积的气泡总体积、气泡总个数、气泡大小和气泡直径分布。

本发明解决了气泡测量过程中出现的粘连问题，实现了气泡的自动分割；解决了气泡在充气过程中气水分界面不断下降及识别的问题；解决了气泡在上升过程中前后帧匹配的问题；实现了自动的背景噪声去除。

具体实施例，包括步骤：

1、布置好如图1所示的实验装置，将取气口插入到矿浆槽的合适深度；调整好光源、物距、相机焦距及相机曝光时间、帧率等动态参数，开始取样；

2、得到基于时间序列的气泡图片1,2,3，……；

3、将得到的第一帧图片进行灰度变换，并进行中值滤波处理；得到基于x,y坐标系下的气水灰度图；

4、将灰度图沿y方向进行梯度变换并取绝对值，再将图像沿x方向进行求和，绘制图片沿y方向灰度统计统计图，即是得到y方向同行像素的灰度变化直方图；此图代表的意义是气体测量装置在y方向灰度变化的强弱，由于气液分界面中气泡较密集，其在y方向上的灰度值会有明显的减弱；

5、将上述统计图中的bin缩小三倍，并计算统计值平均值到最低点的差值；

6、将上述差值*0.2沿y轴正向(及重力方向)进行寻峰处理，得到峰值最大区域；

7、根据峰值区域范围即得到气液分界面区间，最终将其换算到图像区域，得到此帧y方向的roi；

8、按照步骤3-7继续对第二帧图片进行y方向roi计算；

9、将第一帧图像roi区域中灰度值最小的10％像素点进行标记，并去除连通域面积小于30的区域，得到二值图a；再将第一帧在二值图中为1的区域中的每个像素在第二帧中进行3*3邻域扩大化，如在第二帧中3*3区域中寻找到灰度差值小于5％以内的像素，则对该像素标记；以此类推；

10、对第一帧标记好的连通域与图片a的连通域进行比对，连通域重叠区域大于80％的即认为该部分为帧与帧之间的背景区域，造成上述情况是因为装置内部粘连气泡或内部脏所造成的；

11、重复步骤10中重叠区域小于50％的区域，这部分区域为确定泡沫出现区域；求出第一帧与第二帧所有该区域的连通域的重心，并按照标号进行求出所有向量，计算气泡的平均移动距离及方向；

12、继续将上述气泡前景区域按照x轴方向进行累加，当x方向气泡前景像素小于总像素的0.5％，即认为该列无气泡移动，求出所有列的x方向统计图，扩大10倍bin区间，找出气泡最密集区域，即是图像在x方向的roi区域；

13、根据步骤11匹配出的泡沫移动距离，估算出每帧roi区域y方向的识别长度。

14、针对每一帧图片，首先将roi区域的灰度图采用最大类间方差法进行二值化，并将其取反，去掉面积过小连通域，得到以泡沫边缘轮廓为主的二值图；统计二值图中的每一个连通域，然后将其填充；进而判断是否闭合，对于所有连通域面积与周长比值小于某一阈值的区域，将其标记；

15、对于所有标记后的连通域，通过先膨胀n次后再腐蚀n次的方法，将其还原成椭圆形区域，进一步将其二次标记；

16、最后，对所有n次开闭运算仍未满足连通域面积与周长比大于某一阈值的气泡，系统标记为复合气泡，通过改进分水岭的办法将其分割，进而判断分割之后的气泡是否仍然满足连通域面积与周长的比值，从而确定是否需要继续分割，如分割则继续步骤15。

本发明可以实现泡沫大小的自动识别与气泡直径在所有区间内的统计，实现了自动获取气泡识别过程中的roi区域；自动剔除了帧之间的背景，去除了相同泡之间的重复统计；实现了气泡的自动分割，有效解决了因为粘连而造成的气泡无法计数。

本发明主要创新点：

实现了浮选过程不同液面高度下的气泡分布的测量，并采用机器视觉的方法将上述测量方法实现了自动化。

采用背景剔除技术，有效获得气泡移动区域。

通过气泡特征匹配技术，有效防止在泡沫直径统计过程中的遗漏或重复统计。

气泡分割技术有效防止气泡粘连所带来的统计粒径偏大问题，使仪器更加准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。