Способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов

Способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов

Реферат

Предлагаемое изобретение предназначено для применения в химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов и других отраслях.

Известен способ определения коэффициента неоднородности смеси, включающий определение числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси, нахождение концентрации ключевого компонента в пробе, вычисление коэффициента неоднородности смеси. При нахождении концентрации ключевого компонента содержимое пробы вначале распределяют равномерным слоем на гладкой поверхности, фотографируют или сканируют, проводят компьютерную обработку изображения, представляют его в виде массива чисел, каждый элемент которого выражен пикселем, значение которого соответствует цвету компонента. Далее выбирают диапазон значений пикселей и присваивают все пиксели, находящиеся в этом диапазоне, ключевому компоненту, а другому - все остальные пиксели; производят подсчет пикселей, соответствующих каждому компоненту, и определяют концентрацию ключевого компонента [пат. 2371698 Российская Федерация, МПК G01N 1/28. Способ определения коэффициента неоднородности смеси сыпучих материалов / А.И. Зайцев, А.Е. Лебедев, А.Б. Капранова, А.А. Павлов, А.В. Сугак - опубл. 27.10.09, бюл. №30].

К недостаткам данного способа можно отнести сложность определения коэффициента неоднородности смесей, компоненты которых близки по цвету. Это объясняется тем, что при выборе диапазонов значений пикселей, относящихся к ключевому и транспортирующему компоненту, в случае близких по цвету компонентов наблюдается перекрытие этих диапазонов (один и тот же оттенок может относиться к обоим материалам).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения коэффициента неоднородности смеси, включающий подсчет числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси и ее компонентов, распределение проб равномерным слоем на гладкой поверхности и фотографирование. Далее производят попиксельный анализ изображений смешиваемых компонентов с получением гистограмм распределения пикселей изображения по оттенкам серого в отношении к их общему количеству и их аппроксимацию степенным многочленом. Затем анализируют изображения проб и определяют принадлежность пикселей смеси к одному из материалов, вводя понятие «порогового» оттенка. В общем случае, «пороговый» оттенок находят как абсциссу точки пересечения аппроксимирующих полиномов, полученных при анализе изображений компонентов смеси, расположенную между абсциссами их глобальных максимумов. Для случаев когда смешиваемые компоненты имеют резко отличающиеся цвета или близки по цвету в оттенках серого, за «пороговый» оттенок принимают значение оттенка серого, соответствующее середине отрезка между абсциссами глобальных максимумов аппроксимирующих полиномов. Затем определяют значения концентраций ключевого компонента о пробах смеси, как отношения количества пикселей, ему соответствующих, к общему количеству пикселей изображения пробы и производят расчет коэффициента неоднородности смеси [Петров А.А. Экспресс-метод оценки однородности смесей сыпучих материалов / А.А. Петров, А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев, А.Б. Капранова // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2012. - Т.55, вып.8. - С.88-90].

Недостатками данного способа являются его сложность, разветвленность алгоритма, вызванная выбором метода определения порогового оттенка, а также точность. Погрешности определения коэффициента неоднородности вызваны тем, что при вычислении порогового оттенка производится аппроксимация гистограмм распределения пикселей смешиваемых материалов полиномами, основными параметрами аппроксимирующих полиномов являются их глобальные максимумы и точки пересечения, которые не полностью характеризуют распределение пикселей по оттенкам серого.

Задача предлагаемого изобретения - создание простого и достаточно точного способа определения коэффициента неоднородности смеси для трудноразделимых компонентов с минимальными затратами времени (экспресс-метода).

Поставленная задача достигается тем, что по способу определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов, включающему подсчет числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси и ее компонентов, распределение проб равномерным слоем на гладкой поверхности и фотографирование, проведение попиксельного анализа изображений смешиваемых компонентов с получением гистограмм распределения пикселей изображения по оттенкам серого в отношении к их общему количеству, определение порогового оттенка, определение значения концентраций ключевого компонента в пробах смеси как отношения количества пикселей, ему соответствующих, к общему количеству пикселей изображения пробы и расчет коэффициента неоднородности смеси, при вычислении значения порогового оттенка находят координаты центров тяжести площадей гистограмм распределения пикселей компонентов смеси и присваивают пороговому оттенку значение, соответствующее абсциссе середины отрезка между центрами тяжестей площадей гистограмм.

Способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов заключается в следующем.

Перед смешением производят отбор проб компонентов смеси и распределяют их равномерным слоем на гладкой поверхности. Затем осуществляют фотографирование подготовленных проб и производят компьютерную обработку. Представляют изображения в виде массива чисел, каждый элемент которого выражен пикселем, значение которого соответствует оттенку серого. Строят гистограммы распределения пикселей компонентов смеси по оттенкам серого.

Затем вычисляют координаты центров тяжести площадей гистограмм. При этом осью абсцисс является шкала, соответствующая оттенку серого от 0 до 255, а осью ординат - количество пикселей в пробе.

Далее находят значение порогового оттенка. Определяют координаты центров тяжести площадей под гистограммами распределения компонентов смеси. Затем рассчитывают абсциссу точки как середину отрезка между центрами тяжестей площадей гистограмм. Присваивают пороговому оттенку абсциссу этой точки (Рис.1).

Такой метод определения порогового оттенка позволяет обрабатывать практически любые изображения проб смесей, в том числе близких по цвету компонентов.

После вычисления порогового оттенка переходят к обработке проб смеси. По окончании процесса смешения по известной методике производится расчет числа проб, а также минимально допустимого веса пробы и отбор проб из смеси с помощью пробозаборников.

Далее определяется концентрация ключевого компонента в пробе. Содержимое пробы распределяют на гладкой поверхности, равномерным слоем, затем фотографируют, сканируют или применяют другие способы получения изображения.

После этого производится компьютерная обработка полученного изображения смеси. Вычисленное значение порогового оттенка разбивает диапазон значений пикселей на два участка. Присваивают все пиксели, находящиеся в одном участке, к ключевому компоненту, а транспортирующему - все остальные пиксели.

Определяют значения концентраций ключевого компонента в пробах смеси как отношения количества пикселей, ему соответствующих, к общему количеству пикселей изображения пробы смеси и проводят расчет коэффициента неоднородности смеси по известной зависимости.

Благодаря тому что при расчете порогового оттенка в качестве основной характеристики гистограмм распределения выбраны координаты их центров тяжести, практически полностью характеризующие распределение пикселей, повышается точность вычислений.

Предлагаемый способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов имеет простой линейный алгоритм, и его можно считать экспресс-методом.

Способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов, включающий подсчет числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси и ее компонентов, распределение проб равномерным слоем на гладкой поверхности и фотографирование, проведение попиксельного анализа изображений смешиваемых компонентов с получением гистограмм распределения пикселей изображения по оттенкам серого в отношении к их общему количеству, определение порогового оттенка, определение значения концентраций ключевого компонента в пробах смеси как отношения количества пикселей, ему соответствующих, к общему количеству пикселей изображения пробы и расчет коэффициента неоднородности смеси, отличающийся тем, что при вычислении значения порогового оттенка находят координаты центров тяжести площадей гистограмм распределения пикселей компонентов смеси и присваивают пороговому оттенку значение, соответствующее абсциссе середины отрезка между центрами тяжестей площадей гистограмм.