[发明专利]基于图像特征回归的多视角流形分析故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于图像特征回归的多视角流形分析故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采集数据；在电熔氧化镁的工业过程中利用多个摄像头从多个视角采集电熔氧化炉图像数据并将其灰度化，得到每个视角采集的视频图像的灰度矩阵v＝1, 2，…，r，r为视角总数，i＝1，…，N，N为每个视角采集的图像数据个数；

步骤2：在原始图像数据保持流形结构的基础上，使得多视角图像灰度矩阵降维之后的向量在一定的残差下，回归到图片特征上，进而建立基于图像特征回归的多视角流形分析故障模型，如下公式所示：

其中，为正常熔炼过程第v个视角采集的第i个视频图像的灰度矩阵，为第v个视角采集的第j个视频图像的灰度矩阵；W^v∈n×1为第v个视角的映射关系矩阵；Y∈m×1为灰度特征矩阵；b∈m×1为残差；为第v个视角的权重系数；

步骤3：选取Y∈m×1个灰度特征；

步骤4：求取每个视角的权重系数；

步骤5：固定残差b，迭代求解多视角流形分析故障模型中每个视角的映射关系矩阵；

步骤6：固定映射关系矩阵W^v，迭代求解多视角流形分析故障模型中的残差b；

步骤7：通过多个视角重新采集电熔氧化镁熔炼过程的待检测数据图像，将上述步骤得出的W^v，Y，b及待检测数据带入步骤2建立的基于图像特征回归的多视角流形分析故障数学模型中，求取与Y+b的余弦值f^v，画出f^v的图像；

步骤8：计算每个视角的余弦值f^v的控制限，判断待检测数据所对应的电熔镁炉工况时刻是否有故障发生；采用核密度估计的方法，得到不同视角的余弦值f^v的控制限t^v，并将其画在步骤7的余弦值f^v的图像里，则高于控制限的待检测数据所对应的电熔镁炉工况时刻为有故障发生，低于控制限的待检测数据所对应的电熔镁炉工况时刻为正常过程。

2.根据权利要求1所述的基于图像特征回归的多视角流形分析故障诊断方法，其特征在于：步骤3所述灰度特征Y通过从灰度共生矩阵中选取的4个特征，从每个视角选取30个角度，求出每个视角的灰度特征，然后取均值得到。

3.根据权利要求2所述的基于图像特征回归的多视角流形分析故障诊断方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：

公式(1)中为原始图像数据的低维表示的流形，基于高维数据降维后，根据邻域线性关系变化最小的原理，为保持如下公式所示的图像数据的高维邻域结构信息：

根据K近邻准则求解得第v个视角的权重系数：

其中，是第v个视角的灰度矩阵的h个最近邻点的集合，h由人为选定。

4.根据权利要求3所述的基于图像特征回归的多视角流形分析故障诊断方法，其特征在于：所述步骤5的具体方法为：

为了求得映射关系矩阵最优解，首先对公式(1)中的W^v求偏导，得到：

令则：

然后，固定残差b，采用最速下降法迭代求解其中，下标k为第k次迭代，如下公式所示：

其中，α为步长因子，得到：

5.根据权利要求4所述的基于图像特征回归的多视角流形分析故障诊断方法，其特征在于：所述步骤6的具体方法为：

首先对公式(1)中的b求偏导，得到：

然后，固定映射关系矩阵W^v，采用最速下降法迭代求解b_k+1，如下公式所示：

b_k+1＝b_k-cb′_k

其中，c为步长因子，得到：