稀土被称为“工业维生素”,是当今社会最为重要的战略资源。我国作为稀土大国,稀土分离的生产规模以及产品质量在世界上有着至关重要的地位。然而,我国的稀土萃取分离过程依旧处于离线分析、经验调节和人工手动控制的阶段,从而导致大量资源的浪费以及造成产品质量不稳定等问题。解决各稀土元素组分含量的在线检测难题是提高我国稀土萃取分离工艺自动化水平的关键。在稀土萃取工艺过程中,由于某些稀土元素离子具有特殊的离子颜色特征,使得采用机器视觉技术进行稀土元素组分含量检测成为可能。针对镨离子和钕离子的特殊离子颜色特征,实验室已经研究开发了基于机器视觉的稀土元素组分含量快速检测系统,是解决具有特殊离子特征颜色的镨/钕萃取分离过程中元素组分含量快速测量问题的有效途径,可为镨/钕萃取过程优化运行提供技术支撑,对实现我国稀土萃取分离工业的可持续发展具有极其重要的理论和实际意义。以下是本文主要的研究工作及创新点:(1)从硬件系统设计和软件系统设计两个方面分析了实验室基于机器视觉的稀土元素组分含量快速检测系统。硬件系统设计方面,分析了摄像机、镜头、图像采集卡、光源、上位机等硬件设备选型的基本原理以及所需注意的因素。软件系统设计方面,介绍了MATLAB与LabVIEW之间的混合编程方法,分析了稀土元素组分含量快速检测系统的整体构成以及系统中图像采集模块、图像处理模块、结果显示模块、其他模块的基本工作原理。(2)针对实验室稀土元素组分含检测只能在实验室环境下,对没有污渍点的稀土溶液图像进行组分含量检测,不能很好适应稀土萃取工艺现场的问题。提出了基于FCM算法的图像分割算法对检测系统的图像处理部分进行相应的改进,使检测系统能够检测具有污渍点镨/钕溶液图像所对应的元素组分含量值。分析了FCM算法中聚类准则的推导过程,采用拉格朗日乘数法求解隶属度矩阵函数和聚类中心。介绍了聚类类别数c和模糊加权指数m的确定方法以及FCM图像分割算法具体实现步骤,采用欧式距离和空间距离相结合的方法计算像素点与聚类中心之间的距离。(3)以江西某稀土萃取企业中镨/钕溶液为研究对象,分析了RGB颜色空间和HIS颜色空间之间的转换方法,确定了含有污污渍点的镨/钕溶液图像的颜色特征提取方法,明确了采用HSI颜色空间下的H、S、I三个颜色分量的一阶矩去描述Pr/Nd混合溶液图像颜色信息。FCM算法对采集到含有污渍点的Pr/Nd混合溶液图像进行处理,得到目标溶液的灰度二值图像。利用灰度二值图像找到原彩色图像中目标溶液区域的像素,并计算颜色空间特征值及组分含量值,以没有污渍点的镨/钕溶液图像所检测的组分含量值为参考。结果表明,采用FCM聚类算法能够有效的抑制污渍点对颜色空间特征值提取以及组分含量检测的影响,为稀土元素组分含量检测系统能够更好应用于稀土萃取工艺现场奠定了理论基础。