铝土矿浮选是“选矿-拜耳法”氧化铝生产工艺中的一个重要工序。浮选过程中,矿浆pH值能够直接反映生产工况和碳酸钠药剂的消耗量,而浮选矿浆具有流动性差、温度高、强腐蚀性等特点,容易堵塞接触式的pH值检测装置。通常选矿厂主要采用离线化验的方式监测pH值,滞后一个小时,且不能连续监测,难以指导生产操作。实际生产过程中,泡沫图像特征是矿浆pH值的重要指示器,为此,研究基于泡沫图像的铝土矿浮选pH值实时检测具有重要的理论意义和实际应用价值。论文分析铝土矿浮选工艺机理的基础上,依据泡沫图像与浮选矿浆pH值的关联性,提出泡沫颜色、形态和纹理特征提取方法,建立基于泡沫图像特征与多工况子模型组合的pH软测量模型,实现铝土矿浮选pH值的实时检测,为浮选过程优化控制创造条件。论文主要研究工作及创新性成果如下：(1)基于铝土矿浮选pH中和过程的复杂反应机理,从铝土矿微粒可浮性、浮选药剂活性和矿浆中离子组成三个方面分析pH值对浮选工况、指标的重要影响。引入理想混合连续搅拌釜式反应器的分析思想,从宏观和微观两个方面,基于质量守恒定律和电荷平衡守则研究pH值与调整碳酸钠加入量的相关性,以及浮选pH中和过程的非线性特性。通过分析大量不同pH值条件下的浮选泡沫图像,确定主要的泡沫图像特征,从浮选机理上证明泡沫图像是pH值的指示器。(2)针对铝土矿浮选泡沫特征提取难点,研究泡沫颜色、形态和纹理特征提取方法。采用全变差修复模型去除泡沫顶部亮点,通过色彩空间变换实现设备无关性的泡沫颜色鲁棒计算,有效解决泡沫顶部亮点干扰及设备老化导致泡沫颜色失真问题。提出自适应粒子群优选谷底检测阂值的形态特征提取方法,该方法将粒子群算法的惯性权重和加速因子设置为全局最优点适应度的函数优选谷底检测阈值,采用局部灰度极小选择边界检测模板,根据多角度逻辑规则比较分割泡沫图像,获取气泡形态特征,该方法能够避免矿化气泡形态各异,现场光照不均对泡沫图像分割产生的不利影响。针对表层泡沫沿前进方向径向拉长的特点,在灰度共生矩阵上增加方向性差异,通过多角度融合计算空间灰度共生矩阵的二阶统计量描述泡沫纹理,很大程度上提高了纹理计算的准确性,为建立pH值的软测量模型提供数据基础。(3)针对pH中和过程的非线性特点,提出一种代价约束的稀疏多核最小二乘支持向量回归机方法,建立浮选pH值局部软测量模型。将多核最小二乘支持向量回归机的原始优化问题转化为二阶锥规划形式,定义核函数代价因子约束复杂核函数的权重,以确定最优的组合核函数,这种对不同特性核函数进行凸组合的方法,提高了模型的学习能力和泛化能力,同时,采用改进最近邻山峰聚类和施密特正交化方法约简核矩阵,有效降低计算复杂度,避免多核学习中核函数的代价问题,再根据支持向量的数目以及活动核函数的类型评估多核学习的总代价,减少变量存储空间和计算时间。(4)针对局部模型难以反映整个浮选工况的问题,提出一种多工况子模型模糊加权组合的全局建模方法。采用特征加权模糊多类分类支持向量机划分浮选工况,在每个工况区间分别建立泡沫图像与pH值的关系子模型。根据泡沫图像不同特征对工况反应的灵敏度差异,提出基于信息增益的泡沫图像特征重要度分配方法,利用泡沫图像对工况的模糊隶属度作为子模型的权重组合多个子模型实现浮选过程全局建模,这种基于泡沫图像的集成建模方法,有效地增强了模型在不同工况条件下的鲁棒性。(5)以工业现场铝土矿泡沫浮选过程为研究对象,开发浮选过程监控系统,实现了泡沫图像特征的在线提取与矿浆pH值的实时检测。该系统能够实时监控各种工艺参数条件下泡沫外观特征及pH值的变化趋势,及时评估生产状态并更新专家规则,为调整碳酸钠药剂加入量提供操作指导。