基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法
2023-10-17 00:30:39 1
基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種圖像處理視頻跟蹤技術，具體是對打孔視頻中的鑽頭運動進行跟蹤，測量分析跟蹤軌跡自動計算鑽杆的數目，並根據鑽杆數量來計算出鑽孔深度，避免了人為因素造成的測量錯誤，可以實時或事後處理數據，並且測量的安全性好，解決了重大的安全隱患。基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，對井下複雜環境中低質量視頻的目標自動跟蹤識別技術，該方法不僅能夠解決井下運動目標複雜，井下工人對鑽孔視頻產生的遮擋問題，而且還能應對井下礦燈以及工人頭頂燈中產生的複雜光照環境，同時跟蹤結果自動定量分析及計數判斷結果精度很高，系統的實時性高。
【專利說明】基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及圖像處理技術，具體涉及基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量 方法。
【背景技術】
[0002] 瓦斯一直是煤礦安全生產的重大隱患。對瓦斯礦井而言，煤礦生產過程中的最大 安全隱患是瓦斯事故。我國1990年到2000年一次死亡3人以上重大瓦斯事故所佔比例逐 年上升，最高達到45. 61%，1996年以後一直保持在40%以上。因此，瓦斯事故是我國煤礦 安全事故居高不下的主要矛盾，有效控制瓦斯事故是解決我國煤礦安全問題的關鍵。由於 瓦斯事故的危害極大，消除瓦斯事故隱患需要花費較多的時間和費用，對高瓦斯突出礦井， 機械化採掘設備很難發揮效用，煤巷掘進速度通常都難以超過l〇〇m/月，回採工作面產量 通常難以超過100萬t/a。因此，瓦斯災害事故的威脅也極大限制了煤礦生產規模、生產效 率和經濟效益的提高。瓦斯災害的有效控制是保證我國煤炭工業可持續發展的一個關鍵性 問題。
[0003] 因此對煤礦瓦斯進行綜合治理尤為重要，目前應用較廣、效果較好的技術是瓦斯 抽採技術。瓦斯抽採是煤礦防止瓦斯突出的主要手段。目前對於鑽孔深度的測量還停留在 隨鑽測量的方法，事後監督無法進行。而對於打鑽後的測量仍然採用人工方法，存在安全隱 患。
【發明內容】
[0004] 為了解決現有技術的不足，本發明採用圖像處理技術，自動應用鑽杆計數算法，測 量打鑽過程中打入鑽杆的數量，並根據鑽杆數量來計算出鑽孔深度，避免了人為因素造成 的測量錯誤，可以實時或事後處理數據，並且測量的安全性好，解決了重大的安全隱患。
[0005] 本發明的技術方案是：基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，包括以 下步驟：
[0006] 步驟一，根據視頻的幀率數自動計算鑽頭鑽入過程的幀數Framln =打鑽需時間 (s)*視頻巾貞率（巾貞/s),以及退出過程的巾貞數Frame0ut=退鑽所需時間需時間（s)*視頻 幀率（幀/s);
[0007] 步驟二，選擇打鑽的鑽頭矩形框作為目標模板，記錄下目標矩形框的位置和大小 以及鑽頭的目標圖像；
[0008] 步驟三，依據均值漂移目標跟蹤算法採用核函數加權的特徵直方圖來描述目標 模板，在每幀中對目標模板模型和候選目標模型進行相似性度量，並沿著核直方圖相似性 的梯度方向迭代搜索目標位置，實現目標跟蹤；所述目標跟蹤就是根據上一幀的鑽頭目標 位置y〇,在當前幀中尋找使距離最小或者相似性係數最大的位置^.在核窗寬確定的條 件下，獲得目標模版P和候選目標模版q的和直方圖模型後，模型之間的匹配距離定義為
【權利要求】
1. 基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，其特徵在於，包括以下步驟： 步驟一，根據視頻的幀率數自動計算鑽頭鑽入過程的幀數Framln =打鑽需時間（S)* 視頻幀率（幀/s)，以及退出過程的幀數FrameOut =退鑽所需時間需時間（s)*視頻幀率 (幀/s); 步驟二，選擇打鑽的鑽頭矩形框作為目標模板，記錄下目標矩形框的位置和大小以及 鑽頭的目標圖像； 步驟三，依據均值漂移目標跟蹤算法採用核函數加權的特徵直方圖來描述目標模板， 在每幀中對目標模板模型和候選目標模型進行相似性度量，並沿著核直方圖相似性的梯 度方向迭代搜索目標位置，實現目標跟蹤；所述目標跟蹤就是根據上一幀的鑽頭目標位 置％，在當前幀中尋找使距離最小或者相似性係數最大的位置又^在核窗寬確定的條件 下，獲得目標模版P和候選目標模版q的和直方圖模型後，模型之間的匹配距離定義為
其中P為Bhattacharyya係數，通過不斷地沿著相似性度量的梯度 方向移動到新的位置直至收斂，得到當前新的位置； 步驟四，鑽井過程中鑽頭的運動為不斷抖動著前進與後退，所以對跟蹤結果的距離 軌跡先採用中值平滑處理，平滑後某時刻t的偏移距離為d' (f) =med{d(t-k，t+k)}， 其中k為濾波尺寸參數，通過尋找平滑後的跟蹤結果偏移距離的顯著跳躍判斷單次鑽杆 運動的劃分，同時需滿足兩次連續跳躍的時間差符合設定的時間要求，即滿足T i+1-Ti > a* (Frameln+FrameOut)，a在0到1之間，貝U為一個鑽杆數量； 步驟五，鑽孔深度根據分析的鑽井鑽杆數量可方便測量得知：Depth =鑽杆長度*鑽井 鑽杆數量。
2. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，其特徵在 於，所述步驟二還包括選擇鑽杆方向作為主運動方向，以避免複雜井下環境中多運動目標 如工人運動等產生的幹擾和遮擋情況，記錄方向線段的參數。
3. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，其特徵在 於，如果均值漂移算法跟蹤到的當前幀的位置偏移到離在步驟二中選擇的運動方向一定距 離，則認為當前幀目標丟失，該幀結果無效，以持續運動的預測值為目標位置。
4. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，其特徵在 於，所述步驟三還包括通過灰度特徵、梯度方向特徵以及角點特徵來判斷目標模板和候選 模型之間的相似性。
5. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的煤礦井下鑽孔深度測量方法，其特徵在 於，所述步驟三還包括定義目標區域，以目標區域幾何中心為中心的3倍目標區域面積的 領域區域為背景區域，計算區分度D來判斷目標和背景的區分程度，D的計算原則定義為
其中Ha和Hb分別表示目標區域和背景區域的特徵直方圖。
【文檔編號】E21B47/002GK104100256SQ201310132223
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月15日 優先權日:2013年4月15日
【發明者】董立紅, 李佔利, 張杰慧 申請人:西安科技大學