【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及煙草加工，更具體地，涉及一種用于烘絲過程的虛擬仿真方法。
技術介紹
1、在煙草生產工藝中，烘絲過程是一個至關重要的環節，其直接影響煙絲的干燥效果、香氣保留和最終的產品質量。在傳統烘絲工藝中，工藝參數如氣流速度、溫度和濕度的調節主要依賴于經驗和手動控制，難以精確且實時地響應煙絲在腔體內的流動變化。這種非精確控制容易導致煙絲干燥不均勻，造成產品質量波動，甚至浪費能量。
2、近年來，隨著生產自動化技術的發展，非接觸式測量技術如光流法逐漸被應用于煙絲流速監控。然而，傳統光流法僅能夠獲取二維平面內的速度信息，難以反映煙絲在烘絲腔體內的三維流速分布。同時，溫度和濕度等環境參數的影響也難以通過簡單的測量進行有效整合。
3、因此，亟需一種用于烘絲過程的虛擬仿真方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種用于烘絲過程的虛擬仿真方法，以解決上述現有技術中的問題，能夠通過精確測量烘絲腔體內煙絲的三維流速分布，結合熱傳遞與水分傳輸模型，對不同工藝參數下的烘絲效果進行模擬與優化。
2、本專利技術提供了一種用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，包括：
3、在烘絲腔體的多個位置布置多個高速攝像設備，以從不同角度同步捕捉流動煙絲的圖像序列；
4、根據各所述高速攝像設備所捕捉的所述圖像序列，計算煙絲在多個角度下的速度矢量；
5、對多個角度的速度矢量進行數據融合，以得到煙絲的三維流速分布數據；
6、基于所述三維流速分
7、在虛擬仿真系統中輸入不同的工藝參數，運行虛擬仿真系統，模擬不同工藝參數下的煙絲狀態變化，其中，所述虛擬仿真系統集成有煙絲的三維流速分布數據、基于所述熱傳遞模型得到的溫度場的動態變化和基于所述水分傳輸模型得到的濕度場的動態變化。
8、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，優選的是，所述根據各所述高速攝像設備所捕捉的所述圖像序列，計算煙絲在多個角度下的速度矢量，具體包括：
9、通過一個同步觸發系統觸發所有高速攝像設備同時開始拍攝，并以相同的幀率捕捉圖像序列；
10、將各所述高速攝像設備獲取的多角度圖像序列輸入至計算單元，其中，所述計算單元配置有基于光流法的圖像處理模塊，以通過所述圖像處理模塊處理所述圖像序列，以計算煙絲在多個角度下的速度矢量。
11、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，優選的是，所述將各所述高速攝像設備獲取的多角度圖像序列輸入至計算單元，其中，所述計算單元配置有基于光流法的圖像處理模塊，以通過所述圖像處理模塊處理所述圖像序列，以計算煙絲在多個角度下的速度矢量，具體包括：
12、對所述圖像系列進行預處理，所述預處理包括灰度化處理、去噪處理和增強處理中的至少一種；
13、特征點檢測與跟蹤，通過特征點檢測算法，在預處理后的圖像中檢測出煙絲的關鍵特征點；
14、在每個視角的圖像中跟蹤關鍵特征點，計算關鍵特征點在相鄰幀中的位置變化，從而獲取關鍵特征點的速度信息。
15、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，優選的是，所述對多個角度的速度矢量進行數據融合，以得到煙絲的三維流速分布數據，具體包括：
16、通過多角度圖像的光流算法計算得到所述三維流速分布數據，其中，所述光流算法采用lucas-kanade方法來追蹤煙絲的特征點；
17、對所述三維流速分布數據進行多視角融合。
18、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，優選的是，所述通過多角度圖像的光流算法計算得到所述三維流速分布數據，其中，所述光流算法采用lucas-kanade方法來追蹤煙絲的特征點，具體包括：
19、利用光流法，通過分析圖像的亮度變化，計算關鍵特征點在二維平面上的速度矢量，光流計算基于以下光流基本方程：
20、i(x,yy,t)＝i(x+δx,y+δy,t+δt)
21、線性化后得到光流約束方程：
22、
23、其中，u表示光流速度矢量在x方向上的分量，v表示光流速度矢量在y方向上的分量；
24、lucas-kanade算法如下：在圖像的局部窗口內，利用多個像素點的光流約束方程組，求解速度矢量
25、
26、其中，a表示圖像梯度矩陣：
27、
28、b表示時間梯度的負向量：
29、
30、所述對所述三維流速分布數據進行多視角融合，具體包括：通過加權平均法或卡爾曼濾波法進行多視角融合，
31、其中，加權平均法進行多視角融合具體包括：
32、三角測量：通過多視角的速度矢量，重建三維點的位置p＝(x,y,z)，使用兩個或多個視角的投影矩陣pi和pj，解決以下最小化問題來重建三維點：
33、
34、其中，pi,3和pj,3分別表示投影矩陣的第三行；
35、三維速度矢量計算：根據三維點p在連續幀中的三維位置變化δp，通過以下公式計算速度矢量：
36、
37、多視角速度融合：設從多個視角獲取的速度矢量分別為和融合這些矢量以得到三維流速：
38、
39、其中，wi和wj表示視角的權重。
40、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，優選的是，所述基于所述三維流速分布數據，建立煙絲在烘絲腔體內的運動模型，并結合溫度數據和濕度數據，構建熱傳遞模型和水分傳輸模型，以模擬煙絲在不同工藝條件下的干燥狀態，具體包括：
41、在烘絲腔體內布置溫度傳感器和濕度傳感器；
42、通過溫度傳感器和濕度傳感器分別實時采集溫度數據和濕度數據；
43、根據所采集的溫度數據、濕度數據和三維流速分布數據，建立烘絲腔體的熱傳遞模型，以模擬腔體內熱量傳遞的情況，所述熱傳遞模型遵循傅里葉熱傳導定律：
44、
45、其中，q表示熱流密度，k表示熱導率，表示溫度梯度；
46、根據所采集的溫度數據、濕度數據和三維流速分布數據，建立水分傳輸模型，用于評估濕度和氣流速度對煙絲干燥速率的影響，所述水分傳輸模型遵循fick擴散定律，用于模擬煙絲中的水分傳輸和蒸發過程：
47、
48、其中，j表示水分擴散通量，d表示擴散系數，c表示水分濃度。
49、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其中，優選的是，所述在虛擬仿真系統中輸入不同的工藝參數，運行虛擬仿真系統，模擬不同工藝參數下的煙絲狀態變化，具體包括：
50、向虛擬仿真系統輸入不同的工藝參數組合，所述虛擬仿真系統輸出仿真結果，以展示不同條件下的煙絲干燥效果。
51、如上所述的用于烘絲過程的虛擬仿真本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據各所述高速攝像設備所捕捉的所述圖像序列，計算煙絲在多個角度下的速度矢量，具體包括：
3.根據權利要求2所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述將各所述高速攝像設備獲取的多角度圖像序列輸入至計算單元，其中，所述計算單元配置有基于光流法的圖像處理模塊，以通過所述圖像處理模塊處理所述圖像序列，以計算煙絲在多個角度下的速度矢量，具體包括：
4.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述對多個角度的速度矢量進行數據融合，以得到煙絲的三維流速分布數據，具體包括：
5.根據權利要求4所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述通過多角度圖像的光流算法計算得到所述三維流速分布數據，其中，所述光流算法采用Lucas-Kanade方法來追蹤煙絲的特征點，具體包括：
6.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述基于所述三維流速分布數據，建立煙絲在烘絲腔體內
7.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述在虛擬仿真系統中輸入不同的工藝參數，運行虛擬仿真系統，模擬不同工藝參數下的煙絲狀態變化，具體包括：
8.根據權利要求7所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述工藝參數組合包括氣流速度、溫度和濕度、風機速度、加熱器功率的至少一種，所述仿真結果包括不同的工藝參數組合所對應的煙絲流速分布圖、煙絲干燥速率曲線、溫度場和濕度場的動態變化。
9.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述虛擬仿真系統采用有限元分析模型，所述有限元分析模型對腔體內不同區域的氣流、熱量和濕度進行細化網格劃分；所述虛擬仿真系統基于機器學習算法進行優化，通過輸入歷史生產數據和仿真結果，訓練預測模型，以預估最優的工藝參數組合。
10.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述虛擬仿真系統輸出的仿真結果用于優化實際生產中的烘絲工藝；所述虛擬仿真系統生成的仿真數據與生產批次數據相關聯，并存儲在數據庫中，用于構建質量追溯系統；所述虛擬仿真系統通過三維可視化界面顯示煙絲的流速、溫度和濕度的動態變化。
...【技術特征摘要】
1.一種用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據各所述高速攝像設備所捕捉的所述圖像序列，計算煙絲在多個角度下的速度矢量，具體包括：
3.根據權利要求2所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述將各所述高速攝像設備獲取的多角度圖像序列輸入至計算單元，其中，所述計算單元配置有基于光流法的圖像處理模塊，以通過所述圖像處理模塊處理所述圖像序列，以計算煙絲在多個角度下的速度矢量，具體包括：
4.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述對多個角度的速度矢量進行數據融合，以得到煙絲的三維流速分布數據，具體包括：
5.根據權利要求4所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述通過多角度圖像的光流算法計算得到所述三維流速分布數據，其中，所述光流算法采用lucas-kanade方法來追蹤煙絲的特征點，具體包括：
6.根據權利要求1所述的用于烘絲過程的虛擬仿真方法，其特征在于，所述基于所述三維流速分布數據，建立煙絲在烘絲腔體內的運動模型，并結合溫度數據和濕度數據，構建熱傳遞模型和水分傳輸模型，以模擬煙絲在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡世豪，黃華，周煒，沈凱，夏琛，潘凡達，樊虎，壽悅淀，高雪峰，焦凱旋，邊騰飛，方浩宇，金雪隱，俞杭杰，
申請(專利權)人：浙江中煙工業有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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