井下煤倉煤位不規則光斑圖像的檢測方法研究＊

董玉杰 賈西科 吳冰

（1.河南理工大學萬方科技學院，河南省焦作市，454000；2.河南工程技術學校，河南省焦作市，454000）

適時檢測和掌握井下煤倉的煤位直接關系到煤礦企業生產的秩序和效率，然而，在井下煤倉煤位圖像檢測中，往往檢測所獲取的圖像都是不規則的，這對煤位圖像面積的檢測產生了不利影響。為了能夠準確地獲得煤倉煤位圖像面積，需要對檢測到的不規則光斑圖像進行檢測，而傳統的檢測方法對不規則光斑圖像的邊緣確定會產生較大誤差，因此，本文提出了采用三角形遍歷法結合區域增長法檢測光斑圖形面積，最終取得了良好的效果。

1 井下煤倉煤位不規則光斑圖像檢測方法的提出

在井下煤倉煤位圖像檢測中，常常采用輔助光源檢測法，即用一束平行圓形光柱照射在煤倉煤面上，根據煤面上圓形光斑面積的變化來檢測煤位的變化。然而，由于井下煤倉環境惡劣，煤塵、煤塊、堆砌角、濕度等因素都會對檢測到的圖像產生干擾，所獲取的圓形光斑圖像往往是不規則的，這對煤位圖像面積檢測的準確性產生了不利影響。為了能夠準確地獲得煤倉煤位光斑圖像面積，需要對不規則的圖像進行檢測。通常的檢測方法要對不規則圖像進行邊緣檢測，在眾多的圖像邊緣檢測中大都應用了求函數的拐點這一基本的數學原理。由于它是一種對二維函數進行運算的二階導數標量算子，因此對光斑圖像中的噪聲干擾相當敏感。而且在進行處理時會在邊緣處產生一個陡峭的零交叉，其邊緣的確定往往會產生較大誤差，對準確檢測光斑圖像面積造成不利影響。為解決這一問題，本文提出了采用三角形遍歷法結合區域增長法檢測光斑圖形面積。煤倉不規則光斑圖像及其各種算子的邊緣檢測結果如圖1所示。

圖1 煤倉不規則光斑圖像及其各種算子的邊緣檢測結果

2 井下煤倉煤位不規則光斑圖像的面積測量方法

為了解決可能出現的無法準確測量煤倉光斑圖像面積的問題，利用直線兩點式測量法來解決上述問題。該測量法是通過定積分原理實現的。如圖2所示，圖中有一個由8條線段圍成一個密閉區域，使用定積分原理求解在x 軸方向的5個部分面積。

圖2 分段計算區域面積

［a，b］區間所圍成的部分圖像面積包括由直線x=a、直線x=b、線段1和線段8以及直線x=a、直線x=b、線段2和線段3所圍成的兩個獨立區域，面積計算公式為：

將公式 （1）離散化后變為：

其中，f1（x）、f8（x）、f2（x）和f3（x）分別為線段1、線段8、線段2、線段3 的直線方程。同理，［b，c］、［c，d］、［d，e、］［e，f］區間面積分別為：

圖形總面積為：

如圖3所示，如果將區間寬度定為1，兩條線段間部分ab和cd 屬于密閉區域內，當從最小橫坐標遍歷到最大橫坐標后，將兩條線段間部分的像素累加求和即為所求圖像區域面積，面積計算公式為：

式中：f2i（t）——在橫坐標x=t時邊線的第2i個豎坐標值；

f2i-1（t）——表示在橫坐標x=t時邊線的第2i-1個豎坐標值；

n——在橫坐標為t時直線x=t與圖形邊線的交點個數 （不包括邊界線段的頂點）；

P——邊界線段的頂點數。

利用直線兩點式可求出組成多邊形的各線段的直線方程f（x）：

對應以上的面積測量方法，相應的周長簡單地等于多邊形各邊長之和。

例如圖1 （e）所示的經Laplace算子檢測的井下煤倉不規則光斑圖像的邊緣圖像，其實際成像最大尺寸只有4mm，為了便于面積的檢測，經放大10倍后的Laplace算子檢測的邊緣圖像如圖4 所示，圖4 （a）為原始邊緣圖像，圖4 （b）為除去邊緣外側干擾的邊緣圖像。

從圖4 （b）可以看出，在除去邊緣外側的一些干擾后，根據兩點式公式法原理，可用11條豎線將圖4 （b）邊緣圖像分為10個區域20個線段。每個線段的方程可根據公式 （9）分別求出13個線段的直線方程，具體的實現程序流程如圖5所示。

圖5 兩點式公式法程序流程圖

3 結語

在利用輔助光源檢測技術檢測井下煤倉煤位的過程中，針對井下惡劣環境因素對所獲取的光斑圖像的干擾，本文給出了使用三角形遍歷法結合區域增長法測量圖形面積原理，在此基礎上利用兩點式公式法對多個多邊形進行檢測，該方法有效地去除了由于各種干擾對檢測精度的影響，從而使井下煤倉煤位的檢測更加易于實現，對實現礦井生產的實時監控起到了很好的推動作用。

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