浮选泡沫图像监控系统在冬瓜山铜矿的应用
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摘 要：在正常的选矿泡沫浮选生产过程中，通常浮选工人通过肉眼观察浮选泡沫的颜色、大小及流动速度等外观特征来调节生产操作。这种凭人工经验的操作主观性强，误差大，生产指标波动频繁，效率低。设计了浮选泡沫浮选监控系统，基于泡沫图像的在线监控和实时分析处理，可以对浮选泡沫状态进行客观评价，进而实现优化浮选过程的操作，降低药剂消耗量，提高资源回收率。
关键词：浮选泡沫 图像处理 铜矿
中图分类号：TD91
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）006-001-03
1 引言
冬瓜山铜矿系新建大型现代化铜矿山，矿石属高硫难选矿石，矿物组成复杂，是目前发现的最难处理的含铜矿石类型之一，其选矿工艺流程长而复杂。在以往的浮选生产过程中，浮选操作主要以人工观察为主，通过肉眼观察泡沫的大小、颜色、速度等视觉信息来调节生产操作。以人工观测为主的浮选操作受主观因素影响难以处于稳定最优运行状态，这种凭人工经验操作导致的问题是，不同工人对泡沫状态的判断没有客观标准，浮选过程难以处于优化运行状态，常出现对液位进行长时间的拉锯式调节，导致浮选槽溢流量少，造成尾矿金属含量高，或者泡沫过多，出现冒槽等一系列问题。导致矿物回收率低、浮选药剂消耗量大，降低了企业的效益。当前基于视频监控的图像处理系统在工业中应用越来越广泛，采用图像监控的泡沫处理系统可以自动识别泡沫状态和预测矿浆品位，对浮选过程的自动化提升有重要作用。
2 系统的硬件总体结构
系统硬件配置主要从能获取到高质量泡沫图像，能够对图像进行实时处理的角度来确定硬件型号、数量和具体安装位置，摄像机和光源的合理配套，以及各部件软硬件接口的连接问题。
系统硬件总体构架如图1所示，摄像机主要拍摄粗选首槽的泡沫图像，将图像传输至计算机进行分析处理。硬件系统主要由泡沫产生设备、光源、摄像机、图像转换卡、计算机及其附属部件构成。要求泡沫产生设备能够长时间不间断工作，生成无污染且稳定的气泡；对光源的要求是能够为摄像机提供亮度高且色温稳定的照明，要求照度在1500lux以上，摄像机的作用是拍摄泡沫表层，获取泡沫图像，要求能够长时间工作，输出图像质量高，且其接口易于软件访问操作。计算机的作用是显示实时图像，并对气泡图像进行处理分析，要求图像显示、运算和存取速度快，硬盘存取空间大。
系统视频信号流程图如图2所示。彩色CCD摄像机获取泡沫层图像，将视频信号数字化并生成数字视频信号，通过1394接口和光纤传输至图像转换卡。图像转换卡将相机的1394协议数据转化为适于计算机处理的数字信号，计算机生成数字图像，并通过底层驱动程序的软件接口读取至系统内存，计算机图像处理应用程序读取泡沫图像、提取泡沫图像特征参数，并进行分析。
3 系统软件功能
该泡沫浮选图像分析系统的开发采用面向对象设计方法，面向现场操作人员，使用在当今世界广泛流行的Windows操作系统和VC++编程语言环境。不但有漂亮界面、易于操作的图形用户界面（GUI），而且有许多其它的优良特性。对于用户来说，不用花费过多的时间学习就可以使用一个软件。由于实时系统中往往涉及图形、图像、实时数据显示、人机交互的用户接口等功能，Windows操作系统的诸多优越性满足了系统要求的实时性和应用程序稳定运行，保证了系统的可靠性。
该选矿过程浮选泡沫图像分析软件系统是针对冬瓜山铜矿铜优浮选流程所开发。要求通过对浮选泡沫图像的分析处理，提取出能够表示泡沫层特征的参数，达到间接测量气泡的颜色、大小、速度、纹理、稳定性、流动性等泡沫层特征状况，给出浮选效果的分类判断。图3是软件功能模块示意图。
(1)软件管理模块。实现浮选过程的生产数据保存，历史数据查询和曲线显示，生产过程中的报表统计和打印，数据库管理和用户分权限管理等。并以表格、曲线等多种形式监视浮选过程生产状态及预测结果，便于现场操作人员了解实时工况，进行操作。
(2)图像采集模块。通过各个位置相机，拍摄实时视频，并定时提取图像的一帧送往图像预处理模块。
(3)图像预处理模块。对泡沫层特征的参数（如气泡的颜色、大小、速度、纹理、稳定性、流动性等）进行数值处理，通过图像增强，图像腐蚀，图像膨胀，图像重构以及分水岭算法等，得出图像的特征状况，给出浮选效果的分类判断。
(4)参数提取模块。从采集的现场相关工艺参数值（如pH值等），读取进行相应转化后，并存储在数据库中，同时对整个浮选过程进行工艺模拟显示和实时监视。
(5)分析模块。根据从现场获取的实时数据，通过优化模型，在线预测，得到各操作参数调整的指导信息。
4 系统功能实现
4.1 图像处理功能
系统运行时，首先通过彩色CCD摄像机获取泡沫层图像，将视频信号数字化并生成数字视频信号，通过1394接口和光纤传输至图像转换卡。图像转换卡将相机的1394协议数据转化为适于计算机处理的数字信号，计算机生成数字图像，并通过底层驱动程序的软件接口读取至系统内存。最终，计算机通过应用软件显示泡沫图像、提取泡沫图像特征参数，并进行分析。
在浮选监控软件中，工人对粗选槽进行实时图像监控，了解该槽工作情况，这样不仅可以避免现场恶劣的工业环境，降低劳动强度。该软件通过分析泡沫大小、颜色、速度等特征，在界面中实时的显示出泡沫特征的计算结果，并能在线检测和显示浮选流程首槽泡沫品位，给出实时操作建议，以供工人参考，指导现场生产高效有序的进行。
同时，作为本系统软件的主要界面，也具有离线处理泡沫视频或者图像，分析特征参数的功能，这项功能可供现场工人对比学习，异常工况回顾，从而总结经验，提高生产效率。
而由“图像处理”按钮则可以进入比较专业的图像处理模块中。这里不仅可以实现泡沫颜色、速度等泡沫图像表面特征的提取，也可以进行一些较高级的分割计算，纹理参数计算等等。该界面包括灰度化、增强、邻域平均等对图像进行基本预处理运算的功能，能保证浮选图像品质，以便更好的进行后续泡面图像表面特征提取。