董玉杰 賈西科 吳冰

（1.河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院，河南省焦作市，454000；2.河南工程技術(shù)學(xué)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(guān)系到煤礦企業(yè)生產(chǎn)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(guī)則的，這對煤位圖像面積的檢測產(chǎn)生了不利影響。為了能夠準(zhǔn)確地獲得煤倉煤位圖像面積，需要對檢測到的不規(guī)則光斑圖像進(jìn)行檢測，而傳統(tǒng)的檢測方法對不規(guī)則光斑圖像的邊緣確定會產(chǎn)生較大誤差，因此，本文提出了采用三角形遍歷法結(jié)合區(qū)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(guī)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(jù)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(huán)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(chǎn)生干擾，所獲取的圓形光斑圖像往往是不規(guī)則的，這對煤位圖像面積檢測的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了不利影響。為了能夠準(zhǔn)確地獲得煤倉煤位光斑圖像面積，需要對不規(guī)則的圖像進(jìn)行檢測。通常的檢測方法要對不規(guī)則圖像進(jìn)行邊緣檢測，在眾多的圖像邊緣檢測中大都應(yīng)用了求函數(shù)的拐點(diǎn)這一基本的數(shù)學(xué)原理。由于它是一種對二維函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的二階導(dǎo)數(shù)標(biāo)量算子，因此對光斑圖像中的噪聲干擾相當(dāng)敏感。而且在進(jìn)行處理時會在邊緣處產(chǎn)生一個陡峭的零交叉，其邊緣的確定往往會產(chǎn)生較大誤差，對準(zhǔn)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(jié)合區(qū)域增長法檢測光斑圖形面積。煤倉不規(guī)則光斑圖像及其各種算子的邊緣檢測結(jié)果如圖1所示。

圖1 煤倉不規(guī)則光斑圖像及其各種算子的邊緣檢測結(jié)果

2 井下煤倉煤位不規(guī)則光斑圖像的面積測量方法

為了解決可能出現(xiàn)的無法準(zhǔn)確測量煤倉光斑圖像面積的問題，利用直線兩點(diǎn)式測量法來解決上述問題。該測量法是通過定積分原理實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示，圖中有一個由8條線段圍成一個密閉區(qū)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(qū)域面積

［a，b］區(qū)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(dú)立區(qū)域，面積計算公式為：

將公式 （1）離散化后變?yōu)椋?/p>

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(qū)間面積分別為：

圖形總面積為：

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

式中：f2i（t）——在橫坐標(biāo)x=t時邊線的第2i個豎坐標(biāo)值；

f2i-1（t）——表示在橫坐標(biāo)x=t時邊線的第2i-1個豎坐標(biāo)值；

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

P——邊界線段的頂點(diǎn)數(shù)。

利用直線兩點(diǎn)式可求出組成多邊形的各線段的直線方程f（x）：

對應(yīng)以上的面積測量方法，相應(yīng)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(jīng)Laplace算子檢測的井下煤倉不規(guī)則光斑圖像的邊緣圖像，其實(shí)際成像最大尺寸只有4mm，為了便于面積的檢測，經(jīng)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(cè)干擾的邊緣圖像。

從圖4 （b）可以看出，在除去邊緣外側(cè)的一些干擾后，根據(jù)兩點(diǎn)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(qū)域20個線段。每個線段的方程可根據(jù)公式 （9）分別求出13個線段的直線方程，具體的實(shí)現(xiàn)程序流程如圖5所示。

圖5 兩點(diǎn)式公式法程序流程圖

3 結(jié)語

在利用輔助光源檢測技術(shù)檢測井下煤倉煤位的過程中，針對井下惡劣環(huán)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(jié)合區(qū)域增長法測量圖形面積原理，在此基礎(chǔ)上利用兩點(diǎn)式公式法對多個多邊形進(jìn)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(shí)現(xiàn)，對實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的實(shí)時監(jiān)控起到了很好的推動作用。

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