[發明專利]一種基于可見光和紅外圖像融合的煤巖識別裝置及方法

有效

• 申請號: 201810354520.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108711146B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 程誠;劉送永;吳洪狀;江紅祥;李偉;沈剛;唐瑋;李洪盛;謝奇志;周方躍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/80;G06T3/40;G06N3/04;G05B19/05
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種基于可見光和紅外圖像融合的煤巖識別裝置及方法，裝置包括防爆外殼、高透光板一、紅外相機、環形光源、高透光板二、可見光相機、支撐板、煤巖識別模塊和隔震器，紅外相機和可見光相機拍攝的圖片經過煤巖識別模塊處理后，得到煤巖界面點坐標，輸入PLC調高控制模塊中，生成控制電壓信號，控制液壓執行單元的動作。所述方法是利用小波變換、數字形態學，SIFT特性點提取和細胞神經網絡等方法進行圖像融合、圖像拼接和煤巖界面曲線提取等操作，從而識別出采煤機下一截割循環的煤巖界面信息，為調高控制提供依據。該裝置及方法能在能見度低下、粉塵大的工作面環境下獲取清晰煤巖圖像，測量精度高、應用范圍廣、可靠性好。

技術領域

本發明涉及一種煤巖識別裝置及方法，具體涉及一種基于可見光和紅外圖像融合的煤巖識別裝置及方法，屬于煤炭開采設備技術領域。

背景技術

煤巖識別技術是實現采煤機智能調高和綜采工作面自動化的關鍵和基礎，對提高生產效率具有十分重要的意義。該技術可以避免分布在采煤機滾筒上的截齒截割到堅硬的巖石而發出火花造成截齒部位破損，從而導致危險情況的發生。目前煤巖識別技術多根據煤炭、巖石的物理性質和力學性質等存在差異的原理，采用天然γ射線探測法、截割力響應信號探測法、聲波信號探測法和煤巖圖像探測法等煤巖識別方法。

天然γ射線探測法主要利用碘化鈉等晶體制成的γ射線探測器接收天然頂底板所發出的γ射線，并通過變送器將其轉換為電信號，傳送至識別器，電信號的強度與探測器至頂底板的距離以及預留煤層厚度有關，然而該方法不適用于頂底板不含放射性元素或放射性元素含量較低的工作面，以及煤層中夾矸過多的工作面；截割力響應信號探測法將截齒應力傳感器用于煤巖界面識別，根據采煤機截割到巖石時，截齒所受到的應力與截割煤層時相比將發生顯著變化而實現煤巖界面的辨別，然而該方法對截齒以及傳感器的損耗較大，需要人工定時更換傳感器；煤巖圖像探測法是對工作面煤巖界面圖像進行特征提取，然后利用Fisher分類器進行分類，判斷出煤巖界面，然而井下采集到的圖像會受到粉塵的影響，圖像中含有大量的背景噪點，影響圖像特征提取的效果；聲波信號探測法是基于采煤機切割煤、巖時的振動頻率存在，通過接收與辨別不同截割狀態下聲振動信號實現煤巖識別，這種方法原理簡單，實際應用過程卻比較復雜，因為接收的聲振動信號還與采煤機類型、開采工藝、截齒的強度狀態、工作面地質結構有關。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述不足，本發明提供一種基于可見光和紅外圖像融合的煤巖識別裝置及方法，結合可見光圖像所提供信息豐富和紅外圖像抗干擾能力強、穿透力強的優點，能在能見度低下、粉塵大的工作面環境下獲取清晰煤巖圖像，從而達到精確檢測礦采工作面煤巖界面的目的，適用范圍廣、精度高、可靠性好，能夠為礦采工作面智能化作業提供條件。

為了解決上述問題，本發明一種基于可見光和紅外圖像融合的煤巖識別裝置，包括防爆外殼、可見光相機和煤巖識別模塊，可見光相機和煤巖識別模塊均設置在防爆殼體內，所述可見光相機通過可見光傳感器將采集的圖像信息輸送至煤巖識別模塊，煤巖識別模塊輸出信號至采煤機的PLC調高控制模塊，PLC調高控制模塊與采煤機截割滾筒的液壓執行單元信號相連，還包括紅外相機和環形光源，紅外相機通過紅外傳感器將采集的圖像信息輸送至煤巖識別模塊，防爆殼體面對煤巖壁的一面為高透光板一，防爆殼體內部豎直設置一塊高透光板二，高透光板二與防爆殼體背板之間連接一塊支撐板，紅外相機和可見光相機并排設置在支撐板上端，煤巖識別模塊設置在支撐板下側的防爆殼體背板處，環形光源均勻布置在高透光板二上。

環形光源用于提供充足的照明條件，在采煤機截割之前，紅外相機和可見光相機通過內置的傳感器獲取煤巖界面的圖像信息，并將信息傳輸至煤巖識別模塊，煤巖識別模塊融合兩個相機獲取的圖像形態、顏色、紋理、斷口形狀等特征，利用小波變換、數字形態學、SIFT特性點提取和細胞神經網絡等方法進行圖像融合、圖像拼接以及煤巖界面曲線提取等操作，實時智能識別煤巖圖像界面，然后通過坐標變換得到采煤機下一截割循環的機體坐標系下煤巖界面坐標信息，并將信息輸入PLC調高控制模塊中，PLC調高控制模塊經過邏輯判斷生成控制電壓信號，進而控制截割滾筒的液壓執行單元動作。