基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法

技术领域

本发明属于选煤厂安全技术领域，具体涉及一种基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法。

背景技术

在煤尘污染严重的选煤厂，原煤的筛分、破碎以及传输过程中，由于煤炭水分挥发干燥，在受到振动、撞击并引起下落的过程中将生成大量粉尘，煤炭粉尘的浓度达到一定程度时同氧气结合在有明火的条件下，随时会产生煤尘爆炸的恶性安全事故，造成的危害非常大。并且过多的煤尘会造成贵重精密的设备仪器严重磨损，造成机器的老化，降低精密仪器使用年限，同时也会引发工人的尘肺病问题。所以需要对煤尘的变化情况准确了解，以便及时采取相应措施。但早期测量方式大多采用人工手动操作实现，检测过程稳定性较差，获得的结果存在较大误差，精确度不高，无法真正反映出煤尘颗粒浓度变化的规律，不能及时有效地指导防尘降尘工作。为了解决这一问题，人们提出了基于视觉信息下的选煤厂煤尘图像监控分析的方法，当时，现有技术中，还没能很好地实现选煤厂煤尘爆炸预警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法，其方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便，能够合理地分离出煤尘重叠颗粒，获得较好的鲁棒性，有效检测出煤粉尘浓度，实用性强，能够很好地应用于选煤厂煤尘爆炸预警中，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、煤粉尘图像数据采集及传输：多个摄像头分别对其所处区域内的煤粉尘图像进行实时采集，并将所采集到的煤粉尘图像进行模数转换后实时传输给煤尘爆炸预警计算机；

步骤二、煤粉尘图像预处理：所述煤尘爆炸预警计算机首先对其接收到的煤粉尘图像进行低通滤波处理，获得消除噪声后的煤粉尘图像；接着对煤粉尘图像进行二值化处理，获得煤粉尘目标图像；然后对煤粉尘图像进行图像分割处理，将煤粉尘图像从背景中分离出来；

步骤三、进行煤尘重叠颗粒分离，识别出煤尘颗粒，具体过程为：

步骤301、计算机采用SIFT算法对步骤二处理得到的煤粉尘图像进行特征点提取，提取出煤尘重叠颗粒图像边缘曲线的特征点；

步骤302、计算机采用调用重叠颗粒交点提取模块提取出步骤301中提取得到的煤尘重叠颗粒图像边缘曲线的特征点中的重叠颗粒交点；

步骤303、计算机采用果蝇算法进行煤尘重叠颗粒分离，识别出煤尘颗粒，具体过程为：

步骤3031、在每相邻两个重叠区域交点之间的特征点中随机抽取6个，对每相邻两个重叠区域交点之间的特征点进行椭圆拟合，得到椭圆的表达式f(x,y)＝ax

步骤3032、设置迭代次数，初始化果蝇群体的位置；

步骤3033、初始化的果蝇个体利用嗅觉搜寻食物的随机方向与飞行距离；

步骤3034、计算果蝇个体与原点之间的距离D和味道浓度S；

步骤3035、把S带入味道浓度判定函数；

步骤3036、求此果蝇群体中的味道浓度最高的果蝇；

步骤3037、记录最佳味道浓度值和对应最佳味道浓度值的果蝇位置；

步骤3038、根据味道浓度判定值计算果蝇群体的平均味道浓度判定值F

步骤3039、根据公式

步骤30310、根据公式

步骤30311、判定是否达到了预设的最大迭代次数，当达到最大的迭代次数时，结束，将最后一次迭代确定出的果蝇群体位置对应的椭圆的6个参数确定为最终进行椭圆拟合的椭圆的表达式f(x,y)＝ax

步骤30312、绘制椭圆并通过椭圆曲线将煤尘重叠颗粒分离，每个椭圆曲线内都围有一个识别出来的单个煤尘颗粒。

步骤四、计算机根据步骤三中识别出的煤尘颗粒，判断摄像头所处区域中的煤粉尘浓度，并在煤粉尘浓度超过预设的煤粉尘浓度报警值时，通过给选煤厂安全管控人员发送短信的方式将需要报警时的报警信息发送出去。

上述的基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法，步骤302中所述计算机采用调用重叠颗粒交点提取模块提取出步骤301中提取得到的煤尘重叠颗粒图像边缘曲线的特征点中的重叠颗粒交点的具体过程为：

步骤3021、令p

步骤3022、根据公式

步骤3023、判断条件

上述的基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法，步骤3023中所述I

上述的基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法，步骤30311中所述预设的最大迭代次数为300次。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便。

2、本发明在进行煤粉尘图像识别时，先对煤尘重叠颗粒图像的边缘曲线进行特征点定位，再提取特征点中的重叠颗粒交点，提高了边缘的敏感性，同时降低了对噪声的敏感性，通过特征点定位降低了代表煤尘颗粒边缘的点数，也减少了后续交点提取的计算量，有利于寻找出真正的交点，能够提高重叠颗粒识别的精度。

3、本发明在进行煤粉尘图像识别时，采用果蝇算法进行煤尘重叠颗粒分离，能够合理地分离出煤尘重叠颗粒，获得较好的鲁棒性，在对比度较低图像的二值化处理可获得较好效果；识别效果良好稳定，速度快且对图像有极强的兼容性。

4、本发明的实用性强，能够很好地应用于选煤厂煤尘爆炸预警中，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于视觉信息下的选煤厂煤尘爆炸预警方法，包括以下步骤：

步骤一、煤粉尘图像数据采集及传输：多个摄像头分别对其所处区域内的煤粉尘图像进行实时采集，并将所采集到的煤粉尘图像进行模数转换后实时传输给煤尘爆炸预警计算机；

步骤二、煤粉尘图像预处理：所述煤尘爆炸预警计算机首先对其接收到的煤粉尘图像进行低通滤波处理，获得消除噪声后的煤粉尘图像；接着对煤粉尘图像进行二值化处理，获得煤粉尘目标图像；然后对煤粉尘图像进行图像分割处理，将煤粉尘图像从背景中分离出来；

步骤三、进行煤尘重叠颗粒分离，识别出煤尘颗粒，具体过程为：

步骤301、计算机采用SIFT算法对步骤二处理得到的煤粉尘图像进行特征点提取，提取出煤尘重叠颗粒图像边缘曲线的特征点；

步骤302、计算机采用调用重叠颗粒交点提取模块提取出步骤301中提取得到的煤尘重叠颗粒图像边缘曲线的特征点中的重叠颗粒交点；

步骤303、计算机采用果蝇算法进行煤尘重叠颗粒分离，识别出煤尘颗粒，具体过程为：

步骤3031、在每相邻两个重叠区域交点之间的特征点中随机抽取6个，对每相邻两个重叠区域交点之间的特征点进行椭圆拟合，得到椭圆的表达式f(x,y)＝ax

步骤3032、设置迭代次数，初始化果蝇群体的位置；

步骤3033、初始化的果蝇个体利用嗅觉搜寻食物的随机方向与飞行距离；

步骤3034、计算果蝇个体与原点之间的距离D和味道浓度S；

步骤3035、把S带入味道浓度判定函数；

步骤3036、求此果蝇群体中的味道浓度最高的果蝇；

步骤3037、记录最佳味道浓度值和对应最佳味道浓度值的果蝇位置；

步骤3038、根据味道浓度判定值计算果蝇群体的平均味道浓度判定值F

步骤3039、根据公式

步骤30310、根据公式

步骤30311、判定是否达到了预设的最大迭代次数，当达到最大的迭代次数时，结束，将最后一次迭代确定出的果蝇群体位置对应的椭圆的6个参数确定为最终进行椭圆拟合的椭圆的表达式f(x,y)＝ax

步骤30312、绘制椭圆并通过椭圆曲线将煤尘重叠颗粒分离，每个椭圆曲线内都围有一个识别出来的单个煤尘颗粒。

步骤四、计算机根据步骤三中识别出的煤尘颗粒，判断摄像头所处区域中的煤粉尘浓度，并在煤粉尘浓度超过预设的煤粉尘浓度报警值时，通过给选煤厂安全管控人员发送短信的方式将需要报警时的报警信息发送出去。

本方法中，步骤302中所述计算机采用调用重叠颗粒交点提取模块提取出步骤301中提取得到的煤尘重叠颗粒图像边缘曲线的特征点中的重叠颗粒交点的具体过程为：

步骤3021、令p

步骤3022、根据公式

步骤3023、判断条件

本方法中，步骤3023中所述I

本方法中，步骤30311中所述预设的最大迭代次数为300次。

综上所述，本发明方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便，能够合理地分离出煤尘重叠颗粒，获得较好的鲁棒性，有效检测出煤粉尘浓度，实用性强，能够很好地应用于选煤厂煤尘爆炸预警中，使用效果好，便于推广使用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。