一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，能夠從獲取的視頻圖像中實(shí)時(shí)檢測(cè)出運(yùn)輸帶上的煤炭粒度及煤量大小，首先在圖像中設(shè)置一個(gè)粒度檢測(cè)區(qū)和煤量檢測(cè)區(qū)分別用于檢測(cè)煤炭粒度和煤量大?。黄浯瓮ㄟ^檢測(cè)粒度檢測(cè)區(qū)圖像在水平方向的邊緣強(qiáng)度，將煤炭粒度劃分為塊煤或粉煤；最后對(duì)煤量檢測(cè)區(qū)的圖像用三幀差法得到運(yùn)輸帶上的煤炭區(qū)域，再計(jì)算出包圍煤炭區(qū)域的最小凸多邊形，根據(jù)凸多邊形面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的比例得到運(yùn)輸帶上的煤量大小。本發(fā)明提出的方法，受粉塵、光線等環(huán)境因素的影響小，可對(duì)煤礦井上井下各種環(huán)境的生產(chǎn)運(yùn)輸過程進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的檢測(cè)。
【專利說明】一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，能夠從獲取的視頻圖像中實(shí)時(shí)檢測(cè)出運(yùn)輸帶上的煤炭粒度及煤量大小。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭的粒度大大的影響著煤炭的品質(zhì)，是煤炭生產(chǎn)過程中一個(gè)重要的管理指標(biāo)。在煤炭生產(chǎn)加工現(xiàn)場(chǎng)，煤炭粒度直接影響著原煤生產(chǎn)和洗選過程，不同分級(jí)的煤炭粒度需要不同的洗選方式來處理。當(dāng)前在煤炭生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，運(yùn)輸帶上通常既運(yùn)輸塊煤又運(yùn)輸粉煤。如果對(duì)不同粒度的煤采用相同的方法進(jìn)行后續(xù)的生產(chǎn)加工，不僅造成能源的浪費(fèi)，還可能對(duì)生產(chǎn)過程造成嚴(yán)重影響，所以對(duì)運(yùn)輸帶上的煤炭實(shí)時(shí)的進(jìn)行粒度檢測(cè)具有重要作用。目前，通常采用人工檢測(cè)的方式，即工人在現(xiàn)場(chǎng)或監(jiān)控視頻前進(jìn)行人工識(shí)別。該方法主要靠工人經(jīng)驗(yàn)來判斷，識(shí)別結(jié)果受主觀因素影響較大，不滿足現(xiàn)代化企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。有些情況下則采用機(jī)械法識(shí)別，即通過采樣機(jī)器人采集樣本，通過篩選稱重，得到精確的粒度大小。該方法檢測(cè)精度高，但不滿足實(shí)時(shí)性，因而不滿足運(yùn)輸帶上煤礦粒度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0003]而對(duì)運(yùn)輸帶上的煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)也具有重要意義。在自動(dòng)化生產(chǎn)的煤礦生產(chǎn)加工現(xiàn)場(chǎng)，通過檢測(cè)運(yùn)輸帶上煤量的大小，可以實(shí)時(shí)的控制采煤機(jī)及運(yùn)輸機(jī)等的工作頻率，既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，又能防止因煤量過大造成的機(jī)械損害。目前運(yùn)輸帶上常用的實(shí)時(shí)煤量檢測(cè)方法是人工法和稱重法。人工法即是通過人為觀察得到檢測(cè)結(jié)果，該方法受主觀因素影響較大。而稱重法則常用電子皮帶秤來測(cè)量，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，但不足之處是受輸送皮帶影響大，需頻繁維護(hù)，檢測(cè)結(jié)果精度不高。
[0004]圖像處理技術(shù)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，能滿足實(shí)時(shí)性、高效性、簡(jiǎn)潔性，也能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，但由于煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，光線、粉塵等給圖像處理過程帶來較大影響，因而發(fā)明一種能夠避免光線、粉塵等復(fù)雜環(huán)境因素影響的圖像處理方法來檢測(cè)運(yùn)輸帶上煤礦粒度及煤量大小具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，對(duì)煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸帶上的煤礦粒度及煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中自動(dòng)化程度低、實(shí)時(shí)性差、受環(huán)境因素影響大的缺陷。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，首先從運(yùn)輸帶正上方獲取運(yùn)輸實(shí)時(shí)視頻圖像，在獲取的視頻圖像中設(shè)置一個(gè)用于檢測(cè)煤炭粒度的粒度檢測(cè)區(qū)和用于檢測(cè)煤量大小的煤量檢測(cè)區(qū)；然后通過檢測(cè)粒度檢測(cè)區(qū)圖像水平方向的邊緣強(qiáng)度，將煤炭識(shí)別為塊煤或粉煤；最后對(duì)煤量檢測(cè)區(qū)的圖像用三幀差法進(jìn)行處理，通過圖像增強(qiáng)后，得到運(yùn)輸帶上的煤炭區(qū)域，再計(jì)算出一個(gè)包圍煤炭區(qū)域的最小凸多邊形，根據(jù)凸多邊形的面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的比例得到運(yùn)輸帶上的煤量大小。[0008]所述粒度檢測(cè)區(qū)和煤量檢測(cè)區(qū)均為視頻圖像中的一個(gè)矩形區(qū)域，且均位于圖像中運(yùn)輸煤的運(yùn)輸帶范圍內(nèi)，圖像處理過程均只在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。
[0009]所述煤量檢測(cè)區(qū)的矩形設(shè)置在圖像范圍的下半部分，矩形的兩個(gè)頂點(diǎn)與運(yùn)輸帶邊緣重合，矩形區(qū)域完全包含在運(yùn)輸帶范圍內(nèi)，在該矩形區(qū)域中再選取一個(gè)小的矩形區(qū)域作為粒度檢測(cè)區(qū)，粒度檢測(cè)區(qū)的高度與煤量檢測(cè)區(qū)的高度相同，寬度為煤量檢測(cè)區(qū)寬度的1/3，中心與煤量檢測(cè)區(qū)的中心重合。
[0010]在對(duì)粒度檢測(cè)區(qū)圖像進(jìn)行平滑以及銳化濾波之后，再用梯度算子檢測(cè)水平方向的邊緣強(qiáng)度，最后進(jìn)行閾值分割，統(tǒng)計(jì)灰度值大于某預(yù)設(shè)的分割閾值T的像素?cái)?shù)目占粒度檢測(cè)區(qū)像素總數(shù)的比例，如果該比例大于某預(yù)設(shè)的閾值P，則識(shí)別結(jié)果為塊煤；如果結(jié)果小于閾值P，則識(shí)別結(jié)果為粉煤。
[0011]在對(duì)煤量檢測(cè)區(qū)的圖像用三幀差法進(jìn)行處理后，分別對(duì)幀差后的兩圖像進(jìn)行閾值分割，然后進(jìn)行一次閉運(yùn)算，再將兩者進(jìn)行一次與運(yùn)算，最后對(duì)與運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行一次開運(yùn)算，從而得到運(yùn)輸帶上運(yùn)輸?shù)拿禾繀^(qū)域。
[0012]如果煤炭區(qū)域圖像中有效煤炭圖像的面積占凸多邊形面積的百分比大于某一閾值S，則認(rèn)為可以用凸多邊形來進(jìn)行擬合，然后計(jì)算凸多邊形面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的比例，以此來表示運(yùn)輸帶上的煤量大小；如果有效煤炭圖像的面積占凸多邊形面積的比例小于閾值S，則認(rèn)為煤炭量很小且是零散分布的狀態(tài)，不能用凸多邊形來擬合，此時(shí)用實(shí)際煤炭圖像面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的百分比來表示運(yùn)輸帶上的煤量。
[0013]本發(fā)明原理是根據(jù)不同粒度的煤炭圖像在水平或垂直方向的邊緣強(qiáng)度不同，可將煤炭粒度劃分為塊煤或粉煤；再通過檢測(cè)運(yùn)輸帶上的煤礦區(qū)域面積占運(yùn)輸帶面積的比例，從而得到運(yùn)輸帶上的運(yùn)煤量大小。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用圖像處理技術(shù)來檢測(cè)運(yùn)輸帶上的煤炭粒度及煤量大小，算法過程簡(jiǎn)單，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)精度較高，無需人為監(jiān)控，降低了工人的工作強(qiáng)度，適合現(xiàn)代企業(yè)中自動(dòng)化生產(chǎn)的要求；同時(shí)受粉塵、光線等環(huán)境因素的影響小，適用于煤礦井上井下各種環(huán)境生產(chǎn)運(yùn)輸過程的檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法的算法流程圖。
[0016]圖2是粒度檢測(cè)區(qū)及煤量檢測(cè)區(qū)的設(shè)置示意圖。
[0017]圖中1.運(yùn)輸帶，2.煤量檢測(cè)區(qū)，3.粒度檢測(cè)區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0019]本發(fā)明一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特點(diǎn)是根據(jù)不同粒度的煤炭圖像在水平或垂直方向的邊緣強(qiáng)度不同，可將煤炭粒度劃分為塊煤或粉煤；再通過檢測(cè)運(yùn)輸帶上的煤礦區(qū)域面積占運(yùn)輸帶面積的比例，可得到運(yùn)輸帶上的運(yùn)煤量大小。如圖1所示，具體算法過程如下:
[0020]( I)設(shè)置粒度檢測(cè)區(qū)和煤量檢測(cè)區(qū)
[0021]首先利用架設(shè)在運(yùn)輸帶上方正對(duì)運(yùn)輸帶I的攝像機(jī)獲取到實(shí)時(shí)的視頻圖像，將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖。再通過人工設(shè)定的方式在圖像中的運(yùn)輸帶I范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)煤量檢測(cè)區(qū)2和一個(gè)粒度檢測(cè)區(qū)3，如圖2所示。
[0022]煤量檢測(cè)區(qū)2的設(shè)置原則是將它設(shè)置為一個(gè)矩形區(qū)域，該矩形應(yīng)設(shè)置在圖像范圍的下半部分，矩形的兩個(gè)頂點(diǎn)應(yīng)與運(yùn)輸帶I的邊緣重合，矩形區(qū)域完全包含在運(yùn)輸帶I范圍內(nèi)，且矩形面積應(yīng)盡量大一些。
[0023]在該矩形區(qū)域中再選取一個(gè)小的矩形區(qū)域作為粒度檢測(cè)區(qū)3，該區(qū)域的高度與煤量檢測(cè)區(qū)2的高度相同，寬度為煤量檢測(cè)區(qū)2寬度的1/3，中心與煤量檢測(cè)區(qū)2的中心重合。
[0024]為了防止環(huán)境因素的影響及加快算法速度，之后的圖像處理過程都只對(duì)檢測(cè)區(qū)圖像進(jìn)行。
[0025](2)檢測(cè)煤炭粒度
[0026]開辟一片圖像內(nèi)存空間用來暫存粒度檢測(cè)區(qū)的圖像，粒度檢測(cè)的過程都只對(duì)該部分圖像進(jìn)行。
[0027]首先對(duì)該圖像采用中值濾波器來進(jìn)行平滑濾波，以消除椒鹽噪聲的影響。
[0028]為了增強(qiáng)煤的邊界細(xì)節(jié)，突出邊緣信息，再用中心為5的拉普拉斯單一掩膜算子進(jìn)行銳化濾波。其中所用的拉普拉斯算子為:
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，首先從運(yùn)輸帶正上方獲取運(yùn)輸實(shí)時(shí)視頻圖像，在獲取的視頻圖像中設(shè)置一個(gè)用于檢測(cè)煤炭粒度的粒度檢測(cè)區(qū)和用于檢測(cè)煤量大小的煤量檢測(cè)區(qū)；然后通過檢測(cè)粒度檢測(cè)區(qū)圖像水平方向的邊緣強(qiáng)度，將煤炭識(shí)別為塊煤或粉煤；最后對(duì)煤量檢測(cè)區(qū)的圖像用三幀差法進(jìn)行處理，通過圖像增強(qiáng)后，得到運(yùn)輸帶上的煤炭區(qū)域，再計(jì)算出一個(gè)包圍煤炭區(qū)域的最小凸多邊形，根據(jù)凸多邊形的面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的比例得到運(yùn)輸帶上的煤量大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，所述粒度檢測(cè)區(qū)和煤量檢測(cè)區(qū)均為視頻圖像中的一個(gè)矩形區(qū)域，且均位于圖像中運(yùn)輸煤的運(yùn)輸帶范圍內(nèi)，圖像處理過程均只在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，所述煤量檢測(cè)區(qū)的矩形設(shè)置在圖像范圍的下半部分，矩形的兩個(gè)頂點(diǎn)與運(yùn)輸帶邊緣重合，矩形區(qū)域完全包含在運(yùn)輸帶范圍內(nèi)，在該矩形區(qū)域中再選取一個(gè)小的矩形區(qū)域作為粒度檢測(cè)區(qū)，粒度檢測(cè)區(qū)的高度與煤量檢測(cè)區(qū)的高度相同，寬度為煤量檢測(cè)區(qū)寬度的1/3，中心與煤量檢測(cè)區(qū)的中心重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，在對(duì)粒度檢測(cè)區(qū)圖像進(jìn)行平滑以及銳化濾波之后，再用梯度算子檢測(cè)水平方向的邊緣強(qiáng)度，最后進(jìn)行閾值分割，統(tǒng)計(jì)灰度值大于某預(yù)設(shè)的分割閾值T的像素?cái)?shù)目占粒度檢測(cè)區(qū)像素總數(shù)的比例，如果該比例大于某預(yù)設(shè)的閾值P，則識(shí)別結(jié)果為塊煤；如果結(jié)果小于閾值P，則識(shí)別結(jié)果為粉煤。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，利用中值濾波器進(jìn)行平滑濾波，用中心為5的拉普拉斯單一掩膜算子進(jìn)行銳化濾波，用Sobel垂直梯度算子與圖像進(jìn)行卷積，檢測(cè)圖像水平方向的邊緣強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，所

述拉普拉斯單一掩膜算子為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，在對(duì)煤量檢測(cè)區(qū)的圖像用三幀差法進(jìn)行處理后，分別對(duì)幀差后的兩圖像進(jìn)行閾值分割，然后進(jìn)行一次閉運(yùn)算，再將兩者進(jìn)行一次與運(yùn)算，最后對(duì)與運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行一次開運(yùn)算，從而得到運(yùn)輸帶上運(yùn)輸?shù)拿禾繀^(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，所述三幀差法的幀差公式為:
Il=abs(I(k)-1 (k_l))
I2=abs(I(k)-1(k_2)) 其中Il用于存儲(chǔ)第一幅幀差圖，12用于存儲(chǔ)第二幅幀差圖，abs是計(jì)算兩幀的絕對(duì)差，I(k)為當(dāng)前第k中貞，I (k-ι)為第k-ι中貞，I (k-2)為第k-2幀； 對(duì)閾值分割后的圖像，用3*3的結(jié)構(gòu)元素分別對(duì)它們進(jìn)行一次形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算處理，使幀差之后圖像中出現(xiàn)的斷裂區(qū)域得到縫合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，所述最小凸多邊形的計(jì)算采用Sklansky算法,借助于開源軟件OpenCV來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的復(fù)雜背景下的煤流視頻檢測(cè)方法，其特征在于，如果煤炭區(qū)域圖像中有效煤 炭圖像的面積占凸多邊形面積的百分比大于某一閾值S，則認(rèn)為可以用凸多邊形來進(jìn)行擬合，然后計(jì)算凸多邊形面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的比例，以此來表示運(yùn)輸帶上的煤量大??；如果有效煤炭圖像的面積占凸多邊形面積的比例小于閾值S，則認(rèn)為煤炭量很小且是零散分布的狀態(tài)，不能用凸多邊形來擬合，此時(shí)用實(shí)際煤炭圖像面積占煤量檢測(cè)區(qū)面積的百分比來表示運(yùn)輸帶上的煤量。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK103886290SQ201410093438
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】韓九強(qiáng), 潘文培, 鄭輯光 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)