[发明专利]一种基于机器视觉的镨-钕(Pr/Nd)组分含量检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土萃取组分含量检测方法，尤其涉及一种基于机器视觉的镨-钕(Pr/Nd)萃取溶液组分含量检测系统及方法，属稀土湿法冶金过程检测领域。

背景技术

稀土元素因具有优异的化学和物理性能已广泛应用石油化工、电子、环境保护等领域。由于稀土原料组分多，稀土元素间的性质极为相似，只采用单级萃取一般达不到分离要求。稀土工业生产中普遍采用多级萃取器组成的串级萃取来完成稀土的分离。实时掌握和了解稀土萃取过程中关键监测点和各级元素组分含量分布变化是实施稀土萃取过程工艺参数调节的前提。针对稀土萃取分离过程中元素组分含量在线检测难题，目前采用的主要方法有紫外线可见光光度法、流动注射法、LaF₃离子选择电极、同位素激发的XRF等，但大都存在装置成本高，稳定性和可靠性差等问题，限制了其在稀土萃取分离生产过程中的应用。

由于稀土元素独特的电子层结构，一部分稀土元素3价离子在可见光区均有吸收峰而显出特征颜色。本系统以P507-HCL Pr/Nd萃取分离体系为例，Pr离子主要富集在萃取段并逐渐显现出苹果绿,而Nd离子主要富集在洗涤段并显现出紫红色，即在萃取槽中形成“离子颜色特征带”。在生产过程中，有经验的操作人员可借助“离子特征颜色带”相对于最佳工艺状态时颜色带分布的变化程度，来调节其流量等参数。然而此种方法存在很大主观性，对工艺参数调节产生很大随机性。

机器视觉采用机器代替人眼来进行测量和判断，具有可快速获取大量信息、易于自动处理等优点，已广泛应用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。在人工视觉难以满足要求的场合，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。如相关学者根据医药溶液异物的颜色与运动物理特性，设计了基于机器视觉的药液异物检测系统，提高了药品检测速度和质量；也有学者将机器视觉技术应用于矿物浮选过程中浮选泡沫颜色及尺寸的检测，通过有效地测量浮选泡沫颜色及尺寸实现浮选生产过程的在线监测与控制。

发明内容

本发明的目的在于，针对Pr/Nd萃取过程中人工观测“离子特征颜色带”存在主观性和随机性的缺点，将机器视觉技术应用于萃取分离过程组分含量监测；以某稀土公司Pr/Nd萃取分离生产采集的各组分含量范围的混合溶液为研究对象，设计了一种基于机器视觉技术实现Pr/Nd溶液组分含量的检测系统及其方法，为具有离子特征颜色的稀土元素组分含量在线检测提供新的思路。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明包括Pr/Nd萃取溶液图像获取硬件支撑平台和组分含量检测软件部分。其中图像获取硬件部分由暗箱、CCD彩色摄像机、LED环形光源、光源调节器、图像采集卡、计算机组成。采集被测Pr/Nd萃取溶液的图像，经计算机上的组分含量软件检测模块，得到当前Pr/Nd萃取溶液的组分含量。组分含量检测软件的目标是建立颜色特征分量与Pr/Nd元素组分含量的关系模型，预测各级元素组分含量的分布变化，为实现生产参数优化控制提供一种直观、有效方法。本发明基于机器视觉的Pr/Nd萃取溶液组分含量检测系统包括暗箱、CCD彩色摄像机、LED环形光源、光源调节器、白平衡灰卡、计算机、1394数据线、被测Pr/Nd溶液样品池。LED环形光源通过暗箱外的光源调节器调节亮度，LED环形光源与光源调节器通过数据线连接。CCD彩色摄像机通过1394数据线与置于计算机内的图像采集卡连接。LED环形光源设置在暗箱的正顶部，提供稳定光照。CCD彩色摄像机安装在暗箱的侧面正对被测Pr/Nd溶液，被测Pr/Nd溶液置于暗箱底部中间，这样可以确保光源光线照射在溶液中，并透过溶液以最佳角度射入摄像机。白平衡灰卡置于被测Pr/Nd溶液后方，增加对比度并最大程度地还原Pr/Nd溶液颜色，在采集之前，CCD彩色摄像机测取白平衡灰卡，再通过图像处理软件进行自动白平衡调节。

本发明基于机器视觉的Pr/Nd萃取溶液组分含量检测方法通过采集Pr/Nd溶液图像，利用实时检测软件进行图像预处理、图像特征提取和组分含量辨识。软件模块包括图像采集模块、图像预处理模块、图像特征提取模块、组分含量关系模型模块。

1、图像采集模块：

图像采集模块调节LED环形光源至合适的亮度和模式，将CCD彩色摄像机对准白平衡灰卡，在软件界面设置自动白平衡调节方式，采集从生产线现场取得的Pr/Nd溶液的图像，通过1394数据线传输到计算机内的图像采集卡。

2、图像预处理模块：

图像预处理模块主要包括图像平滑滤波和图像背景去除两个步骤。