一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法及设备，提取十个原始16位高精度数据作为运算的原始特征参数，采用并行交互式计算对比分析，各参与运算的原始特征参数由16位精度矩阵CCD检测器直接采集得到；计算结果再经过多层附加条件剔除过滤，消除全部误判数据。本发明的优点是：保证最终结果准确度接近100%，有效解决煤炭大工业生产应用中，由于镜质体自动识别错误带来的煤质评价不准问题。配套使用的专用设备，解决自动测量过程中，样品移动时不易保持焦距清楚而带来的虚焦误判问题。同时，解决在一台设备上既可以实现自动测量，又可以实现人工按国标测量问题。
【专利说明】一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法及设备，尤其涉及一种用于煤中镜质体变质程度检测及含量分析的识别煤镜质体的多特征智能化算法及设备。
【背景技术】
[0002]目前煤变质指标一镜质体反射率及含量测试主要依靠人工方式完成，速度很慢，无法满足生产需要。煤炭大规模工业应用急需准确的自动型检测分析设备。目前，已有的自动型设备可分为两种:光度计型及图像型。其中:光度计型设备存在只能测取单点信号，无法有效判别所测点位是否为镜质体的问题，因此只适合人工方式检测，用于自动检测误差很大。同时测量精度偏低，一般为12位。而图像型自动设备一般是拍取照片，针对得到的图片采用灰度阈值分割或根据全组分反射率图形均匀性变化趋势来大体“推断”煤中镜质体边界界限值的技术办法。上述两种办法均是属于一种“单特征”或“间接推测”的技术。由于各种煤变质高低不同，灰度与其它组分或粘结成分之间存在大量重叠区间，无法单纯靠灰度或反射率即实现完全准确分割，因此误差较大。同时，图像型技术办法还存在难以保证焦距，虚焦会严重增加误判问题。因此，目前采用的上述各方法，各种不同煤的镜质体一直无法做到一起准确识别，影响了在工业煤质评价中最终结果的准确度。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法及设备，可解决煤炭生产中，由于镜质体自动识别错误带来的煤质评价不准问题；同时解决自动测量过程中，样品移动时不易保持焦距清楚而带来的虚焦误判问题。
[0004]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0005]一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法，提取十个原始16位高精度数据作为运算的原始特征参数，采用并行交互式计算对比分析，各参与运算的原始特征参数由16位精度矩阵CCD检测器直接采集得到；计算结果再经过多层附加条件剔除过滤，消除全部误判数据。
[0006]采集数据的矩阵CCD检测器为16位高精度显微摄像机，工作方式为直接提取每一检测单元的16位精度原始数据参与运算。
[0007]所述的并行交互式综合评判计算方法具体步骤为:
[0008]1)将十个参数按下列公式进行计算:
[0009]Y1=0.578XJ1.456X2+0.119X3+0.876X4+0.766X5+0.987X6+0.002X7+2.908X8+12.981Xg+2.099X10—0.498Z 上限；
[0010]Y2=0.965X^1.436X2+0.876X3+0.127X4+0.737X5+0.910X6+0.121X7+1.997X8+16.863Xg+3.736X10-0.842ZTp| ；
[0011]Y=Y2-Y1 ；
[0012]式中:Y为计算结果4_1(|为前面采集得到的参数，分别为:形状参数1、大小参数1、分布图参数1、突凹参数、色级参数1、形状参数2、大小参数2、色级参数2、分布图参数2、灰度参数；Z为相应界限值；
[0013]当Y值≥0.6时，初步识别为镜质体；
[0014]2)将步骤I)已初步判断为镜质体的区域，再经三层次附加条件进行剔除过滤，三层附加条件为:形状参数限值、色级限值、灰度限值；各限值均由实验中实测得到，为动态可变参数。
[0015]实现一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法的设备，包括:放大倍数为300-600倍的光学显微镜、16位以上精度矩阵CCD检测器、控制装置，矩阵CCD检测器与光学显微镜之间设有连接接口，所述的连接接口上插接有可移出式滤光装置；
[0016]光学显微镜包括检偏器,检偏器设置在三目镜筒和物镜之间，检偏器底部设有卡座，检偏器上设有可拆卸式电动旋转装置，电动旋转装置固定在检偏器转盘的卡座上，与角度调节转盘连接；
[0017]控制装置包括手自一体式电控移动平台、自动消差调焦机构及主控制器，手自一体式电控移动平台和自动消差调焦机构均与主控制器连接，电控移动平台由步进电机控制，其上设有手轮、载物台、垂直压紧机构，步进电机与手轮连接，并通过手轮控制样品移动。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0019]采用直接提取待检测区域十种16位高精度原始特征数据作为参与运算的特征参数量。然后针对各参数量采用多特征多层次复杂算法进行有效识别，最后再经三层次附加条件进行剔除过滤。可保证最终结果准确度接近100%，有效解决煤炭大工业生产应用中，由于镜质体自动识别错误带来的煤质评价不准问题。
[0020]配套使用的专用设备，解决自动测量过程中，样品移动时不易保持焦距清楚而带来的虚焦误判问题。同时，解决在一台设备上既可以实现自动测量，又可以实现人工按国标测量问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是直接识别煤镜质体的设备结构示意图。
[0022]图2是连接接口结构示意图。
[0023]图3是电控移动平台结构示意图。
[0024]图4是电动旋转装置结构示意图。
[0025]图5是总体控制系统工作关系结构示意图。
[0026]图6是测量及分析模块组结构示意图。
[0027]图中:1_矩阵CXD检测器2-连接接口 3-滤光装置4_三目镜筒5_检偏器6-电动旋转装置7-物镜8-载物台9-电控移动平台10-电控调焦装置11-样品12-卡座13-角度调节转盘14-垂直压紧机构15-手轮。
【具体实施方式】
[0028]下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。[0029]一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法，提取十个原始16位高精度数据作为运算的原始特征参数，采用并行交互式计算对比分析，各参与运算的原始特征参数由16位精度矩阵CCD检测器I直接采集得到；计算结果再经过多层附加条件剔除过滤，消除全部误判数据。
[0030]采集数据的矩阵CCD检测器I为16位高精度显微摄像机，工作方式为直接提取每一检测单元的16位精度原始数据参与运算。
[0031]所述的并行交互式综合评判计算方法具体步骤为:
[0032]I)将十个参数按下列公式进行计算:[0033]Y1=0.578XJ1.456X2+0.119X3+0.876X4+0.766X5+0.987X6+0.002X7+2.908X8+12.981Xg+2.099X10—0.498Z 上限；
[0034]Y2=0.965X^1.436Χ2+0.876Χ3+0.127Χ4+0.737Χ5+0.910Χ6+0.121Χ7+1.997Χ8+16.863Χ9+3.736Χ10-0.842ΖΤρ| ；
[0035]Y=Y2-Y1 ;
[0036]式中:Υ为计算结果为前面采集得到的参数，分别为:形状参数1、大小参数
1、分布图参数1、突凹参数、色级参数1、形状参数2、大小参数2、色级参数2、分布图参数2、灰度参数；Z为相应界限值；
[0037]当Y值≥0.6时，初步识别为镜质体；
[0038]2)将步骤I)已初步判断为镜质体的区域，再经三层次附加条件进行剔除过滤，三层附加条件为:形状参数限值、色级限值、灰度限值；各限值均由实验中实测得到，为动态可变参数。
[0039]见图1-图4，实现一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法的设备，包括放大倍数为300-600倍的光学显微镜、16位以上精度矩阵CXD检测器1、控制装置，矩阵CXD检测器I与光学显微镜之间设有连接接口 2 ；
[0040]光学显微镜包括目镜、光路、物镜7、检偏器5等,其中检偏器5设置在三目镜筒4和物镜7之间，检偏器5底部设有卡座12，检偏器5部分设有可拆卸式电动旋转装置6，电动旋转装置6固定在检偏器5侧面的卡座12上，并与角度调节转盘13连接。
[0041]所述的连接接口 2上插接有可移出式滤光装置3 ；
[0042]控制装置包括手自一体式电控移动平台9、自动消差调焦机构和主控制器，手自一体式电控移动平台9和自动消差调焦机构均与主控制器连接，电控移动平台9由步进电机控制，其上设有手轮15、垂直压紧机构14，电控移动平台9设置在载物台8上，垂直压紧机构14与电控移动平台9连接，并通过手轮15控制样品移动。
[0043]实施例:
[0044]直接从16位高精度显微摄像机中矩阵CCD检测器I上提取每一检测单元的16位精度原始数据作为特征参数。工作方式为直接提取。每一个检测单元都类似一个传统的光电转换器，工作中相当于几百万个光电转换器同时工作。并不像其它方法是从已拍得图片的中再次提取已被摄像机运算改变后“失真”的数据。提取到的参数共计十个，包括:形状参数1、大小参数1、分布图参数1、突凹参数、色级参数1、形状参数2、大小参数2、色级参数
2、分布图参数2、灰度参数。
[0045]根据待检煤样实际情况，自动检测统计并设定以上各特征参数的起作用区间，不同煤种区间值不同，均需由实验实测得到。
[0046]将十个参数按下列公式进行计算:
[0047]Y1=0.578XJ1.456X2+0.119X3+0.876X4+0.766X5+0.987X6+0.002X7+2.908X8+12.981Xg+2.099X10—0.498Z 上限；
[0048]Y2=0.965X^1.436X2+0.876X3+0.127X4+0.737X5+0.910X6+0.121X7+1.997X8+16.863Xg+3.736X10-0.842ZTp| ；
[0049]Y=Y2-Y1 ;
[0050]式中:Y为计算结果；X1-10为前面采集得到的参数，分别为:形状参数1、大小参数1、分布图参数1、突凹参数、色级参数1、形状参数2、大小参数2、色级参数2、分布图参数
2、灰度参数2为相应界限值；
[0051]按上述办法计算:当Y值≥0.6时可初步识别为镜质体；
[0052]将前面已初步判断为镜质体的区域，再经三层次附加条件进行剔除过滤，三层附加条件为:形状参数限值、色级限值、灰度限值。各限值均由实验中根据样品11情况实测得到，为动态可变参数；过滤后可得到真正为镜质体的成分，其它非镜质体成分会几乎100%全部去除。
[0053]经大量实践验证，上述方法判断出的结果准确度接近100%。适用于几乎全部煤种，包括:褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤、无烟煤等。
[0054]为实现上述方法，配备的设备包括:光学显微镜、16位高精度矩阵CXD检测器1、控制器和显示装置。
[0055]主控制器内含有:主控制模块、测量及分析模块组，矩阵CXD检测器I通过测量及分析模块组与主控制模块连接，检偏器5通过电动旋转装置6与主控制模块连接，载物台8通过电控调焦装置10与主控制模块连接，电控移动平台9直接与主控制模块连接，见图5。
[0056]测量及分析模块组包括:煤镜质体自动识别与分析模块、煤镜质体随机反射率人工测量模块、煤镜质体随机反射率自动测量模块、煤镜质体最大反射率人工测量模块，见图6。
[0057]为保证自动快速测量过程中的时时准焦及有效排除杂光干扰的问题，同时实现自动与人工检测两种功能，特在相应配套设备上增设以下设计，包括:
[0058]为保证自动检测过程中焦距清晰，调焦机构采用自动消除机械间隙差的设计，由主控制系统自动测取间隙差，再控制步进电机实现；
[0059]电控移动平台9为独立自主设计高平稳度手动、自动一体移动扫描装置，同时为防移动过程中存在样品11上下微微跳动现象，设计了垂直压紧机构14，见图3 ；
[0060]为同时实现人工手动测定与自动测定，特在显微镜三目镜筒4与矩阵CXD检测器
I之间的连接部件上设计可移出式滤光装置3，其主要部件为滤光板，方便人工与自动检测时的切换，见图2。
[0061]具体操作步骤为:
[0062]1、煤镜质体识别与全自动随机反射率检测步骤:
[0063]开启仪器，依次放上钆镓标片、钇铝标片、蓝宝石标片、K9玻璃标片测取各特征参数值，同时自动校正仪器。
[0064]校正好仪器状态后，将煤样水平放置于电控移动平台9上并且垂直压紧机构14压紧防止焦距抖动。系统开始自动测取样品11倾斜度并记录相应数值。
[0065]倾斜度测量结束后，点开始即进入自动分析界面。在自动分析阶段，系统主控制模块、镜质体自动识别分析模块和镜质体随机反射率自动测量模块配合，自动完成等间距移动、对焦、提取特征值、计算分析、检测等全部动作，直到样品11全部检测完成。自动生成检测报告。
[0066]2、人工随机和最大反射率检测步骤:
[0067]开启仪器，推入滤光装置3，然后依次放上钆镓标片、钇铝标片、蓝宝石标片、K9玻璃标片测取各特征参数值，同时自动校正仪器。
[0068]校正好仪器状态后，将煤样水平放置于电控移动平台9上并且垂直压紧机构14压紧防止焦距抖动。人工手动选取中心点后点确定，系统主控制模块、镜质体随机反射率人工测量模块配合，控制样品11自动移动到起始测量位置。
[0069]人工逐点观察，如为镜质体即由镜质体人工检测模块控制矩阵CCD检测器I进行检测，否则，跳过当前点，观察下一点。过程中样品11移动由人通过主控制模块控制电动平台自动完成。样品11全部检测完成后，自动生成检测报告。
[0070]本发明采用直接提取待检测区域十种16位高精度原始特征数据作为参与运算的特征参数量。然后针对各参数量采用多特征多层次复杂算法进行有效识别，最后再经三层次附加条件进行剔除过滤。可保证最终结果准确度接近100%，有效解决煤炭大工业生产应用中，由于镜质体自动识别错误带来的煤质评价不准问题。
[0071]配套使用的专用设备，解决自动测量过程中，样品11移动时不易保持焦距清楚而带来的虚焦误判问题。同时，解决在一台设备上既可以实现自动测量，又可以实现人工按国标测量问题。煤质评价速度快、结果准，精度高。
【权利要求】
1.一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法，其特征在于，提取十个原始16位高精度数据作为运算的原始特征参数，采用并行交互式计算对比分析，各参与运算的原始特征参数由16位精度矩阵CCD检测器直接采集得到；计算结果再经过多层附加条件剔除过滤，消除全部误判数据。
2.根据权利要求1所述的一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法，其特征在于，采集数据的矩阵CCD检测器为16位高精度显微摄像机，工作方式为直接提取每一检测单元的16位精度原始数据参与运算。
3.根据权利要求1所述的一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法，其特征在于，所述的并行交互式综合评判计算方法具体步骤为: 1)将十个参数按下列公式进行计算:
4.实现权利要求1-3任一项所述一种直接识别煤镜质体的多特征智能化算法的设备，其特征在于，包括放大倍数为300-600倍的光学显微镜、16位以上矩阵CCD检测器、控制装置，矩阵CXD检测器与光学显微镜之间设有连接接口，所述的连接接口上插接有可移出式滤光装置； 光学显微镜包括检偏器，检偏器设置在三目镜筒和物镜之间，检偏器底部设有卡座，检偏器上设有可拆卸式电动旋转装置，电动旋转装置固定在检偏器转盘的卡座上，与角度调节转盘连接； 控制装置包括手自一体式电控移动平台、自动消差调焦机构及主控制器，手自一体式电控移动平台和自动消差调焦机构均与主控制器连接，电控移动平台由步进电机控制，其上设有手轮、载物台、垂直压紧机构，步进电机与手轮连接，并通过手轮控制样品移动。
【文档编号】G01N21/84GK103792236SQ201410041027
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】赵俊国, 陈亮, 张大鹏, 马连壮 申请人:鞍山市科翔仪器仪表有限公司, 辽宁科技大学