一种基于温度与面积建模的煤矸识别方法与流程

本发明涉及煤炭行业中的煤矸识别方法，特别涉及基于热成像数据的温度和面积建模对煤矸进行识别的方法。

背景技术：

目前煤炭企业多数采用人工分拣的方式进行煤矸分拣。采用人工煤矸分拣方式时，需要在煤炭传送带两边分散安排10人左右，依赖分拣工人肉眼和经验识别混杂在煤堆中的煤矸，然后使用金属抓勾等方式将煤矸从煤堆中勾出。分拣工人需要四班三运转的方式，工作压力巨大，同时在这样的工作环境中，粉尘较大对分拣工人的健康影响也比较大，容易引发职业病的发生。另外由于需要较多工人，在工资、补贴、福利、餐费及劳保方面，企业都需要付出大量人工成本。

开采出来的煤碳中经常会含有一种称为夹矸的半煤半矸物质。不同的煤质对这类夹矸的处理方式不同。如果客户需要较低的煤质，则在分拣时需要保留这类夹矸作为煤留在煤堆中；如果客户需要较高的煤质，则需要将这类夹矸分拣出去。然而在采用人工分拣时，由于依赖具体的分拣工人具体操作，难以有效控制夹矸的分拣比率，导致无法精确的保证提供给客户的煤质。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述的不足，研究新型的煤矸识别方法，采用对煤和煤矸的混合物进行极短时间加热使其整体温度上升不超过1摄氏度，然后通过具备测温功能的热成像摄像机采集煤和煤矸的温度及图像信息，机器视觉控制器基于煤和煤矸的温度上升幅度与比热容、面积的关系，采用算法建模的方式区分出煤与煤矸，从而达到快速分拣煤矸的目的。

本发明采用的技术方案如下：

本发明主要由机器视觉控制器、热成像摄像机、控温装置、加热装置、传送带组成；

所述机器视觉控制器可以基于热成像摄像机的温度数据与图像数据自动学习功能来判断煤与煤矸的二维特征，并自动设定两者的分界标准，从而实现高效的煤矸分拣。

所述热成像摄像机是一台具有高精度、高灵敏度、高图像帧率、高温度数据帧率的摄像机，用于测量温度；

所述控温装置在热成像摄像机下方，并呈现在热成像画面中，用于对热成像摄像机输出的温度数据在算法中进行二次校正，从而保证了极高的测温精度；

所述加热装置，主要作用是对包含煤和煤矸的混合物进行极小程度的加热，使其与室温提高不超过1摄氏度；

所述传送带主要作用是传送煤和煤矸的混合物。

本发明采用的方法具体如下：

加热装置对煤和煤矸的混合物进行极短时间加热使其整体温度上升不超过1摄氏度，然后通过具备测温功能的热成像摄像机采集煤和煤矸的温度及图像信息，机器视觉控制器基于煤和煤矸的温度上升幅度或者下降速率与比热容、面积的关系，采用算法建模的方式区分出煤与煤矸，从而达到快速分拣煤矸的目的。

本发明中基于温度与面积建模的识别煤矸的算法，包括以下步骤：

1)获取基于温度域的数据；

2)对数据进行预处理；

3)提取煤和煤矸的特征；

4)对煤和煤矸进行分类；

5)煤和煤矸通过检测线时，发出信号。

本发明的有益效果在于：可以解决常规煤矸分拣的人力成本高、效率低、无法精确控制煤质等问题，同时具备高度的安全性和灵活性，工作过程中几乎不需要人为干预，具备较高的自动化和智能化，能确保煤矸的大批量高效率稳定分拣。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的个别实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为煤矸识别算法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例，对本发明进行详细的说明。

图1为本发明的总体结构示意图；图2为煤矸识别算法流程图。

如图1所示，本发明装置主要由机器视觉控制器1、热成像摄像机2、控温装置3、加热装置4、传送带5组成；

所述机器视觉控制器1可以基于热成像摄像机的温度数据与图像数据自动学习功能来判断煤与煤矸的二维特征，并自动设定两者的分界标准，从而实现高效的煤矸分拣；

所述热成像摄像机2是一台具有高精度、高灵敏度、高图像帧率、高温度数据帧率的摄像机，用于测量温度；

所述控温装置3在热成像摄像机下方，并呈现在热成像画面中，用于对热成像摄像机输出的温度数据在算法中进行二次校正，从而保证了极高的测温精度；

所述控温装置3可以是黑体；

所述加热装置4主要作用是对包含煤和煤矸的混合物6进行极小程度的加热，使其与室温提高不超过1摄氏度；

所述传送带5主要作用是传送包含煤和煤矸的混合物6。

本发明的实施方法如下：

传送带5把煤和煤矸的混合物6传送经过加热装置4，加热装置4对煤和煤矸的混合物6进行加热，加热后的煤和煤矸经过控温装置3和热成像摄像机2的检测区域；

所述热成像摄像机2基于控温装置3的温度，并对经过检测区域的煤和煤矸的混合物6进行测温，测得全画面相对温度，并计算出全画面中所有像素的精确绝对温度；

所述机器视觉控制器1通过由热成像摄像机2提供的图像信息和温度数据，并经过卷积处理、高光过滤和轮廓识别等图像处理算法识别到煤或煤矸后，计算得出煤或煤矸面积。

机器视觉控制器1基于煤和煤矸的温度和面积进行建模，通过综合算法，有效识别出煤与煤矸，具体识别算法步骤如下：

[步骤s101]获取基于温度域的数据；

本步骤中既可以获取煤和煤矸加热后升高的温度数据；也可以获取加热后煤和煤矸温度下降的速率数据；

[步骤s102]对数据进行预处理；

本步骤中对数据进行预处理包括旋转、切割、模糊、形态学处理；还包括把0℃～70℃区间的温度映射成灰度图像

[步骤s103]提取煤和煤矸的特征；

本步骤中提取煤和煤矸的特征包括形态运算、自适应阈值处理，轮廓检测；

[步骤s104]对煤和煤矸进行分类；

本步骤中对煤和煤矸进行分类包括对煤和煤矸进行跟踪，并根据温度与形态，或者温度变化进行分类；

[步骤s105]煤和煤矸通过检测线时，发出信号。

在完成煤与煤矸的识别后，本发明可以基于每个目标的位置与速度将其在传送带上的坐标输出，供系统中其它设备（如机械手）对煤矸进行抓取处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于温度与面积建模的煤矸识别方法，包括以下步骤：1)获取基于温度域的数据；2)对数据进行预处理；3)提取煤和煤矸的特征；4)对煤和煤矸进行分类；5)煤和煤矸通过检测线时，发出信号。本发明采用算法建模的方式区分出煤和煤矸，并由抓取设备抓取煤矸，可以解决常规煤矸分拣的人力成本高、效率低、无法精确控制煤质等问题，同时具备高度的安全性和灵活性，具备较高的自动化和智能化，能确保煤矸的大批量高效率稳定分拣。

技术研发人员：程斌;吕琦
受保护的技术使用者：程斌
技术研发日：2017.04.29
技术公布日：2017.09.08