一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法

2023-09-22 15:43:35

一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法，首先採用距離選通雷射主動成像技術由增強型攝像機ICCD對煤倉進行圖像採集；由視頻解碼器SAA7113H把採集到的模擬信號轉換為DM642晶片可以處理的數位訊號；DM642晶片從存儲器中讀取圖像數據並對其進行濾波處理；結合BEMD分解和互信息熵及圖像疊加的優勢，對濾波後的圖像提取邊緣；根據事先確定好的基於照明中的幾何信息來提取景物中幾何信息的煤位檢測識別算法，實現煤位高度信息的提取。本發明測距精度高、抗幹擾性好、實時性強，解決了煤礦安全生產監控與通信的關鍵問題，對於煤礦的安全生產、提高經濟效益有著積極的現實和長遠意義。
【專利說明】一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦安全生產監控領域，具體來說就是一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法。
【背景技術】
[0002]煤炭作為一次性能源，是我國國民經濟發展的重要支柱。在煤炭生產中，需要在煤礦井上、井下的主要運輸環節設置各種煤倉，用以緩解各環節生產造成的提升運輸不均。尤其是井下煤倉，作為煤礦生產的咽喉，其冒倉(溢出)和空倉(排空)對於安全生產具有更大的威脅。因此，實時準確地監測煤倉煤位是保證安全生產、提高效率的關鍵。
[0003]由於空間所限，井下煤倉的直徑一般在5至7m，高度在40m左右，深的也可達80m。由於儲卸煤時倉內粉塵濃度很高，為免煤塵過密，需要很大的溼度，而這易使倉壁粘上煤粉，長久以來，煤倉倉壁會積累厚薄不均的煤垢，使得煤倉壁面很粗糙，難以區分煤與倉壁之間的分界線；另外，由於各環節生產不均及不同種類煤的自然安息角不等，會導致煤倉煤面出現不同形狀；煤倉煤位的變化速度也很緩慢，大約幾十分鐘甚至數小時才會變化一米。當前條件下，井下煤倉還沒有任何照明設施，僅靠人眼無法識別煤倉煤位的情況，只能藉助輔助光源才能對煤倉情況進行一定了解。
[0004]近年來，根據井下煤倉的具體環境、被測介質的狀態、安裝要求及現場的工作狀況等，人們採用各種技術對煤倉煤位進行檢測，如利用無線電波的反射原理、超聲波技術，核子料位儀以及機杆式技術等。雖然這些技術各自都有成功的地方，但在實際使用時都有其難以克服的缺陷。如超聲波技術對煤倉直徑與深度比有一定要求，測量盲區較大，另外測量深度受溫度影響也較大，因而可靠性差；Y射線式對防護要求高，作連續測量時，價格昂貴。而煤礦生產的現代化發展迫切需要一種簡單易行、工作可靠的適用於井下煤倉的煤位檢測裝置對煤倉料位進行不間斷的檢測，以確保各個生產環節安全高效運行。
[0005]由煤礦特點可知，井下煤倉處於低照度、高溼度、高粉塵的惡劣環境下，因此要用圖像處理技術來檢測井下煤倉煤位一直受到諸多限制。但是隨著圖像識別技術的發展，已有利用計算機視覺技術，採用輔助光源進行料位檢測的方法。因此，在現有煤倉煤位檢測方法的基礎上，針對井下煤倉的特點，本發明構建了一種基於圖像處理技術的煤倉煤位檢測方法。其工作原理是由雷射器產生測量所需的固定光束，該光束在煤倉表面形成特徵光點，當煤位深度變化時，光點在攝像機IC⑶像面上形成的像點位置也會隨之變化，那麼根據成像原理，可由像點的移動距離計算出被測物面的位置，從而實現對煤倉深度的快速精確檢測。

【發明內容】

[0006]隨著圖像處理技術的發展，煤位深度獲取方法也有新的進展，從廣義角度來看待深度的獲取問題，就是如何從二維圖像中獲取三維信息，重建三維物體表面的問題。其實質就是利用輔助光源獲取圖像，通過處理圖像信息得到煤位高度。但該測距方法用於井下煤倉時，煤位圖像的採集受到諸多幹擾因素的限制，對圖像處理算法有很高的要求。因此，本發明採用形態學小尺寸、多方向結構元素對原圖像濾波，再結合BEMD分解和互信息熵及圖像疊加的優勢，將互信息與邊緣梯度特徵有效融合提取圖像邊緣，以得到準確的煤位深度。首先通過調整輔助光源到合適的位置、角度及強度，採集得到煤倉圖像，然後採用圖像處理技術對圖像數據進行特徵提取，分析得到所需的煤位參數。硬體系統以高性能DSP晶片TMS320DM642為核心，外擴視頻解碼器、存儲模塊、顯示模塊、報警模塊等，實現對井下煤倉煤位數據的快速檢測、顯示煤位深度的變化趨勢、異常報警等功能。
[0007]本發明的目的，在於提供一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法，其能夠實時檢測井下煤倉煤位狀況，保障井下煤礦生產安全。為了達成上述目的，本發明的解決方案包括如下步驟:
[0008](I)首先採用距離選通雷射主動成像技術由增強型攝像機IC⑶對煤倉進行圖像米集；
[0009](2)由視頻解碼器SAA7113H把步驟(1)採集到的模擬信號轉換為DM642可以處理的數位訊號；
[0010](3) DM642晶片從存儲器中讀取圖像數據並對其進行濾波處理；
[0011](4)結合BEMD分解和互信息熵及圖像疊加的優勢，對濾波後的圖像提取邊緣；
[0012](5)根據事先確定好的基於照明中的幾何信息來提取景物中幾何信息的煤位檢測識別算法，實現煤位高度信息的提取。
[0013]上述步驟(3)中，對採集到的圖像進行濾波處理時，假定A為採用距離選通雷射主動成像技術獲得的煤倉源圖像。具體方法如下:
[0014]依次用結構元素BI和B2對圖像A進行形態開閉平滑，以濾除噪聲:
[0015]
【權利要求】
1.一種基於圖像處理技術的井下煤倉煤位檢測方法，其特徵在於採用一種改進的形態學算法對源圖像進行濾波，並結合BEMD分解和互信息熵及圖像疊加的優勢，將互信息與邊緣梯度特徵有效融合提取圖像邊緣。具體步驟如下: (1)採用形態學小尺寸、多方向結構元素對原圖像濾波； 依次用結構元素BI和B2對原圖像A進行形態開閉平滑，以濾除噪聲: f= (AOB1).B2(I) 其中
【文檔編號】G06K9/46GK103679790SQ201310703935
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】辛元芳, 孫霞, 姜媛媛, 李昕 申請人:安徽理工大學