一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法及装置的制造方法
【专利摘要】一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法，首先，通过CCD相机获得传送带上被测原煤的原始图像，利用数字图像处理技术对图像进行预处理；其次，利用图像灰度值填充图像的高度值并进行三维重建，计算出原煤的像素体积，并根据对应的像素当量计算得到原煤的实际体积，并根据体积阈值判断得到大块的原煤；再根据图像的灰度直方图确定出煤矸石，并利用工业机器人将煤矸石分拣到指定区域；本发明具有提高大块煤矸石分拣的准确度和速度的特点。
【专利说明】
一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及大块煤矸石的分拣技术领域，特别涉及一种利用数字图像处理技术分 拣大块煤矸石的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 我国煤田分布广，成煤时代全，是全球煤炭开采量最大的国家，提高煤炭的质量与 产量是提高煤矿经济效益、增强煤矿产业国际竞争力的一项重要措施。
[0003] 煤矸石是在成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起的 岩石，属劣质燃料，其发热量低，碳含量低，硬度大，矿物含量高，有机质含量低。若煤矿中的 煤矸石含量过多，会影响煤的产量和质量。工业上一般会将煤矸石作为一种工业废弃物露 天堆放，既浪费了宝贵的矿产资源，又占用农田，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而 且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧 化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康，带来了非常严重的社会、 环境和经济问题。但是若将煤矸石进行合理的利用，或从煤矸石中回收有用矿物和化工产 品，或应用于建筑行业作为充填材料，或制成肥料，都有很大的商用价值。
[0004] 多年以来，大块煤矸石一直靠人力用铁锹从手选带式输送机上推到排矸溜槽上排 出，这种方式人的劳动强度极大，选矸和排矸的效率较低，特别是井下过断层期间，大矸石 的人工分拣排放严重制约着整个矿井的生产和矿井的提升速度。而利用图像处理技术与工 业机器人实现煤矸石的分拣，能够降低传统图像处理算法的复杂度，提高煤矸石分拣的准 确度和速度，保证煤的质量和产量，具有很大的商用价值。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用数字图像处理技 术分拣大块煤矸石的方法及装置，采用填充图像高度的方法得到原煤体积并利用工业机器 人实现自动分拣，具有降低图像处理复杂度，提高分拣大块煤矸石的准确度和速度的特点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] -种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] 步骤一:通过CCD相机获得传送带上被测原煤的左视图、右视图和主视图，将图像 传送到计算机；
[0009] 步骤二:计算出图像尺寸与实际尺寸之间的像素当量ε，得到单位像素所代表的实 际尺寸；
[0010] 步骤三:对左视图、右视图和主视图进行滤波处理，并进行灰度化，将图像变成灰 度图像；
[0011]步骤四：将原煤图像与背景进行分割，得到有效的煤块区域;计算煤块区域的平均 灰度值Gmean，Gm_大于120即为煤矸石；
[0012] 步骤五:对主视图采用自适应阈值法进行二值化处理，并求出上、下、左、右四个顶 点的位置；
[0013] 步骤六:计算上顶点、下顶点到左顶点的水平距离为Nleftl和Nleft2,取两者较大值 Nieft=max(Niefti，Nieft2)为左侧最大像素数目；
[0014] 步骤七：画出左视图的灰度直方图，灰度最小值Gimin对应的高度值为0，灰度最大 值Gimax对应的高度值为Ni eft，其他各灰度值的像素高度为
[0015]
[0016]通过每点的高度值建立三维模型，计算机经过统计得出左视图三维模型空间中所 包含的实际立体像素块数目si;
[0017] 步骤八:计算上顶点、下顶点到右顶点的水平距离为NrightdPNright2，取两者较大值 Nright = maX(Nrightl，Nright2)为右侧取大像素数目；
[0018] 步骤九：画出右视图的灰度直方图，灰度最小值Grmin对应的高度值为0，灰度最大 值Grmax对应的高度值为N right，其他各灰度值的像素高度为
[0019]
[0020]通过每点的高度值建立三维模型，计算机经过统计得出右视图三维模型空间中所 包含的实际立体像素块数目S2 ;
[0021] 对左右视图三维模型空间中所包含的实际立体像素块数目进行求和，SUm = S1+S2;
[0022] 步骤十：利用像素当量ε，将图像坐标系中的像素体积换算为实际测量体积，V = sumX ε3；
[0023] 将计算出的体积V与阈值Vmax进行比较，大于Vmax的为大块煤矸石；
[0024] 步骤十一:通过目标定位得到传送带上煤矸石的坐标，并将坐标信息通过以太网 传送给工业机器人;工业机器人将煤矸石抓取到指定区域，其他原煤被传送带输送到煤炭 指定区域。
[0025] 所述的 Vmax 为 100cm3〇
[0026] -种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的装置，包括运输煤矸石、原煤的传 送带，在传送带的上方安装有上方相机，传送带的左右两端安装有左侧相机与右侧相机，固 定在传送带一侧的工业机器人;左侧相机与右侧相机镜头面对放置，均固定在传送带的边 缘且与上方相机在同一垂直面上，工业机器人与左侧相机在同侧，并沿着传送带方向设置 在左侧相机前方;所述的左侧相机、右侧相机与上方相机的输出端与工业机器人的输入端 相连。
[0027]本发明的有益效果：
[0028] 本发明涉及的大块煤矸石分拣工业机器人，可以实现大块煤矸石的自动分拣处 理，具有自动、无损、准确度高、速度快的特点。若将本发明应用于煤矿开采领域，能够较好 地分拣出煤矿中夹杂的大块煤矸石，保证煤的质量和产量，同时还可将煤矸石分拣出来进 行综合利用，减少环境污染，促进经济发展，具有很大的市场潜力。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明大块煤矸石计算的流程图。
[0030]图2为本发明大块煤矸石分拣的流程图。
[0031]图3为本发明装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0033]如图1所示:一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法，其特征在于，包 括以下步骤：
[0034] 步骤一:通过CCD相机获得传送带上被测原煤的左视图、右视图和主视图，将图像 传送到计算机；
[0035] 步骤二:计算出图像尺寸与实际尺寸之间的像素当量ε，得到单位像素所代表的实 际尺寸；
[0036]步骤三:对左视图、右视图和主视图进行滤波处理，并进行灰度化，将图像变成灰 度图像；
[0037]步骤四：将原煤图像与背景进行分割，得到有效的煤块区域;计算煤块区域的平均 灰度值Gmean，Gm_大于120即为煤矸石；
[0038] 步骤五:对主视图采用自适应阈值法进行二值化处理，并求出上、下、左、右四个顶 点的位置；
[0039] 步骤六:计算上顶点、下顶点到左顶点的水平距离为NleftdPNleft2,取两者较大值 Nieft=max(Niefti，Nieft2)为左侧最大像素数目；
[0040] 步骤七：画出左视图的灰度直方图，灰度最小值Gimin对应的高度值为0，灰度最大 值Gimax对应的高度值为Ni eft，其他各灰度值的像素高度为
[0041]
[0042]通过每点的高度值建立三维模型，计算机经过统计得出左视图三维模型空间中所 包含的实际立体像素块数目si;
[0043] 步骤八:计算上顶点、下顶点到右顶点的水平距离为Nright^Nright2，取两者较大值 Nright = maX(Nrightl，Nright2)为右侧取大像素数目；
[0044] 步骤九：画出右视图的灰度直方图，灰度最小值Grmin对应的高度值为0，灰度最大 值Grmax对应的高度值为N right，其他各灰度值的像素高度为
[0045]
[0046]通过每点的高度值建立三维模型，计算机经过统计得出右视图三维模型空间中所 包含的实际立体像素块数目S2 ;
[0047]对左右视图三维模型空间中所包含的实际立体像素块数目进行求和，sum = S1+s2;
[0048] 步骤十：利用像素当量ε，将图像坐标系中的像素体积换算为实际测量体积，V = sumX ε3；
[0049] 将计算出的体积V与阈值Vmax进行比较，大于Vmax的为大块煤矸石；
[0050] 步骤十一:通过目标定位得到传送带上煤矸石的坐标，并将坐标信息通过以太网 传送给工业机器人;工业机器人将煤矸石抓取到指定区域，其他原煤被传送带输送到煤炭 指定区域。
[0051 ]所述的 Vmax 为 100cm3〇
[0052]如图3所示：一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的装置，包括运输煤矸 石、原煤的传送带，在传送带的上方安装有上方相机，传送带的左右两端安装有左侧相机与 右侧相机，固定在传送带一侧的工业机器人;左侧相机与右侧相机镜头面对放置，均固定在 传送带的边缘且与上方相机的同一垂直面上，工业机器人与左侧相机在同侧，并沿着传送 带方向设置在左侧相机前方;所述的左侧相机、右侧相机与上方相机的输出端与工业机器 人的输入端相连。
[0053] 本发明的工作原理：
[0054]首先，通过CCD相机获得传送带上被测原煤的原始图像，利用数字图像处理技术对 图像进行预处理;其次，利用图像灰度值填充图像的高度值并进行三维重建，计算出原煤的 像素体积，并根据对应的像素当量计算得到原煤的实际体积，并根据体积阈值判断得到大 块的原煤;再根据图像的灰度直方图确定出煤矸石，并利用工业机器人将煤矸石分拣到指 定区域。
【主权项】
1. 一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一:通过CCD相机获得传送带上被测原煤的左视图、右视图和主视图，将图像传送 到计算机； 步骤二:计算出图像尺寸与实际尺寸之间的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺 寸； 步骤三:对左视图、右视图和主视图进行滤波处理，并进行灰度化，将图像变成灰度图 像； 步骤四：将原煤图像与背景进行分割，得到有效的煤块区域;计算煤块区域的平均灰度 值Gmean，Gmean大于120即为煤矸石； 步骤五:对主视图采用自适应阈值法进行二值化处理，并求出上、下、左、右四个顶点的 位置； 步骤六:计算上顶点、下顶点到左顶点的水平距离为NleftdPNleft2,取两者较大值N left = max(Niefti，Nleft2)为左侧最大像素数目； 步骤七:画出左视图的灰度直方图，灰度最小值Gimin对应的高度值为0，灰度最大值Gimax 对应的高度值为Nieft，其他各灰度值的像素高度为通过每点的高度值建立三维模型，计算机经过统计得出左视图三维模型空间中所包含 的实际立体像素块数目S1; 步骤八:计算上顶点、下顶点到右顶点的水平距离为Nrightl和Nright2，取两者较大值Nright = maX(Nrightl，Nright2)为右侧取大像素数目； 步骤九：画出右视图的灰度直方图，灰度最小值Grmin对应的高度值为0，灰度最大值Grmax 对应的高度值为Nright，其他各灰度值的像素高度为通过每点的高度值建立三维模型，计算机经过统计得出右视图三维模型空间中所包含 的实际立体像素块数目S2 ; 对左右视图三维模型空间中所包含的实际立体像素块数目进行求和，sum= S1+S2; 步骤十:利用像素当量ε，将图像坐标系中的像素体积换算为实际测量体积，V = sumX ε3; 将计算出的体积V与阈值Vmax进行比较，大于Vmax的为大块煤矸石； 步骤十一：通过目标定位得到传送带上煤矸石的坐标，并将坐标信息通过以太网传送 给工业机器人;工业机器人将煤矸石抓取到指定区域，其他原煤被传送带输送到煤炭指定 区域。2. 根据权利要求1所述的一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的方法，其特征 在于，所述的Vmax为100cm3 〇3. 基于权利要求1所述方法的一种利用数字图像处理技术分拣大块煤矸石的装置，包 括运输煤矸石、原煤的传送带，在传送带的上方安装有上方相机，传送带的左右两端安装有 左侧相机与右侧相机，固定在传送带一侧的工业机器人;左侧相机与右侧相机镜头面对放 置，均固定在传送带的边缘且与上方相机的同一垂直面上，工业机器人与左侧相机在同侧， 并沿着传送带方向设置在左侧相机前方;所述的左侧相机、右侧相机与上方相机的输出端 与工业机器人的输入端相连。
【文档编号】B07C5/342GK105944976SQ201610323055
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】党宏社, 张超, 侯金良, 刘芳芳
【申请人】陕西科技大学