数字图像处理在输送带撕裂视觉检测中的应用

第30卷第12期

2009年

12月

机械

V01.30No.12Dec.2009

CoalMineMa(.hine九,

数字图像处理在输送带撕裂视觉检测中的应用

祁隽燕.谭超

(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116)

摘要:针对煤炭生产中输送带易于产生纵向撕裂的背景。构建了基于数字图像处理和机器

视觉技术的输送带撕裂检测系统。将数字图像处理技术应用于输送带撕裂的裂纹边缘信息的检测,对采集的裂纹图像进行预处理、边缘检测以及特征抽取。该方法具有实时动态显示输送带状况的优点.识别精度高。

关键词:输送带撕裂;图像处理;机器视觉

中图分类号:TD528文献标志码:A文章编号:1003—0794(2009)12一0177—02ApplicationofDigitalImageProcessinBeltLongitudinalRIjpVision

Detection

QI

J硼一y蛐,TAN

Chao

(CouegeofMecllanical矩dElectrical,ChimMining锄d7rechnolog)rUnivers畸,Xuzllou221116,Chim)

Abstract:Longitudinalripdetectionsystemisconstlllctedbased

on

processingtechnologyofdigital

imageandvisuaJtechnologyofmachine,whichisaimedatthebackgroundofeasytheconveyorbelt.Appliesedgeofthecmckdetectionextmction

on

longitudinalripin

di舀talimageprocessingtechnologytobelt

andcanyoutimage

inf0珊ation

lon舀tudinalripinspectingthe

preprocessin为edgedetection锄dfeature

theacquisitionofthecrackimage.Themethodhastheadvantagesofreal—timedynarIlic

displaytot}lebeltsituation,identificationandKey0

high

accuI.acy.

words:lon舀tudinal

rip;ima|geprocess;

machineVision

引言(1)输送带纵撕照明系统

光源的选择是一个非常重要的问题。一个稳定可靠的图象处理系统。不能仅局限在实验室里获取的优质图像,更重要的是在实际的生产现场持续地获取高品质,高对比度的图像。即必须能够对应生产现场有可能出现的多种多样的外部条件的变化,例如环境光线的变化,被测物体的倾斜,材质以及机种的变更等。为了实现这种稳定可靠的图像处理系统,提高照明光源的品质是至关重要的。

(2)输送带纵撕图像获取系统

选择视觉系统首先要选择正确的摄像头和镜头。构建图像的基本单元称为像素,一幅普通图像实际上是成千上万像素填满的图框。本文选择的场深0.5m.视深0.5mz。在这个位置安装摄像头效果很好。

(3)图像采集与处理

要求系统具有的功能:能摄取和处理3路摄像仪器视频图像(安装3路摄像机时),通过图像预处理,二值化、边缘检测、特征提取等步骤自动判别、提取图像故障一撕裂的裂纹,实时记录故障图像并进行事后处理与回放。

2图像预处理和分析软件构成

数字图像处理是视觉系统的关键,在机器视觉系统中。这一切是通过计算机软件实现的。输送带

撕裂在线识别和自动报警系统进行图像预处理的

一177—

带式输送机是冶金、煤炭、电力、建筑和交通运输等部门广泛采用的一种连续运输机械。输送带的纵向撕裂是带式输送机在运行中一种最严重的破坏形式。一旦发生输送带纵向撕裂,所造成的损失是十分巨大的。

本文主要从数字图像处理方面人手,利用输送带纵撕监控系统摄取的真实图像.在PC机下采用LabVIEW软件开发平台.开展结合光图像处理和特征裂纹检测技术研究。开发高鲁棒性的图像处理算法。提高该系统的环境适应性和测量精度。

图像处理系统的硬件构成

视觉检测系统的硬件结构设计如图l所示。硬件系统分为照明、图像采集和图像处理三部分。首先在特定光源的照射下,每隔一定的时间(可设定)摄像头抓拍一帧图像,光学影像转换成视频信号传递给CVS视觉系统,计算机运用数字图像处理算法对图像进行处理并显示结果。

%矧

抓拍图像

}4V专

1]数字化处理II一铂x琰仉I6鼎嚣H6鞘琵瞥H网络粼i

二—一.

圈1

l处理后的图像5i=L—.JIMAQVIsion软件包I

ilE行圈像处理I示存监视器『.l

[竺两

系统硬件组成结构

I竺竺詈搠

!Q!:三Q坠:!兰

墼皇图垡丝堡垄塑耋堂塑型塑堂丝型史笪堕旦=塑堡夔!簦

第30卷第12期

原因是工作环境煤粉灰尘大,光线比较弱,采集到的输送带撕裂图像清晰度往往不够,边缘凸出性差.为了正确区分输送带裂纹前景图像和输送带背景图像.必须对图像进行预处理。其处理的程序流程如图2所示。

输送带纵撕罔像处理

运算,目的是解决图像中边缘孑L洞多而杂的问题。最后选用Roberts算子进行图像分割,Roberts算子是高通滤波器,对陡峭边缘检测效果很好,非常符合输送带裂纹的图像分割要求。

3裂纹图像的后处理

■;矗………j…];厅忑夏习竺!竺!竺{

对图像预处理后得到输送带边缘图像要做进

{皇送带裂纹图像分铺榆测物景获取裂纹边界

l刮鋈董一

;L——T—一|

一步的处理,对裂纹面积进行计算,也就是计算裂纹内部像素所占的面积。要计算裂纹内部面积,首先要进行二值化处理。设定一个合适的灰度阈值.从直方图上选取127为灰度阈值,得到的二值化图像。用计算得到的面积与预先设定的面积阈值进行比较。当裂纹特征值超过阈值时,则系统报警、立即发出停机检修信号,对接头处理,重新搭接接头。裂纹面积阈值比较及报警代码见图3。

l图像灰化I;

褰黼甏裂H特征值提取H决策判断

犏送带纵新l謇I像识删和分析

图2输送带纵撕图像处理及识别内容

在对输送带撕裂的参数测量时,由于输送带及其工作环境的光线很暗,采集到的输送带图像灰度很大.输送带图像直方图中像素的灰度主要集中于0。50。使得它的轮廓非常模糊,难以精确提取出边缘。故而必须进行原始图像增强,然后才利于进行下一步处理。输送带撕裂图像的特征是:输送带本身属于低对比度、低灰度值的物体,而且输送带裂纹不规则,属于边缘条件恶劣的情况,难以检测到清晰边界。对低对比度物体的前景和背景有效分割的办法。一是借助于良好的照明,这一点很关键。另外一个办法就是找到一套适用的图像预处理算法。

本文对图像预处理分为3个步骤:原始图像去噪平滑、图像增强和裂纹图像分割。

(1)原始图像去噪平滑

采用均值滤波器和卷积算子进行图像平滑,经过处理后的原始图像变换并不明显,但在输送带图像预处理中,这是基础的一步,目的是对影响图像质量的噪声进行去除。

(2)图像增强

使用操作算子乘运算增强输送带撕裂图像,使输送带裂纹的边缘信息更加突出,不需要的信息被削弱。裂纹内部的亮度会被加强,为下一步图像分割做准备。

(3)裂纹图像的分割及边缘检测算子的选取选用形态学算子,对采集图像进行膨胀和腐蚀

图3裂纹面积阈值比较及报警代码

4结语

本文针对输送带及其撕裂裂纹图像的特点.经过反复实验,设计出了一套能检测输送带撕裂变化的图像预处理算法。通过组合运用二值形态学算子,有效去除图像瑕疵和噪声,得到了前景图像。采用合理阈值分割算法对输送带裂纹图像进行分割.得到二值图像。选用Roberts边缘检测算子.实现了裂纹图像和背景区域的分割。在IJabVIEW平台上

应用IMAQVision相关节点和模块对所涉及到的输

送带裂纹图像处理技术的算法进行演算.通过实验室模拟取得良好的效果。

参考文献:

[1]毛君,赵永生.王淑娇.矿用输送带纵向撕裂原因分析及其预防

[J].煤矿机械,2007,28(10):182一183.[2]冈萨雷斯.数字图像处理(M].2版.北京:电子T业出版社,2003.[3]雷振山,刘兆妮.应用IMAQVision的齿轮测量技术[J].制造技

术与机床.2005(2):56—59.[4]姚峰林,詹海英,李元宗.机器视觉中的边缘检测技术研究[J】.

机械T程与自动化,2005(1):108一llO.

作者简介:祁隽燕(1975一),女,山西临汾人。硕士,中国矿业大学机电工程学院教师,现从事机械设计及原理基础理论的教学科研

工作,电子信箱:qⅫiy@126.com.

收稿日期:2009埘一lo

_oH●o●◇●o●o●o●o●・:'●<>●o●<>●<>●<>●o●<>●<>●o●o●o●◇●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●・:'●・≯●<>●<>●<>●o●o●・o・●o●o●

矿井主要通风机排风量测试

兖州矿业(集团)公司济宁二号煤矿对于GAF型轴流式通风机利用静压差法测试矿井主要通风机排风量,测试布置简单、

数据稳定准确.可在类似条件下推广应用。

该矿中央风井安装GAF31.5一15.8一l型轴流式风机2台。测定现运行转速条件下主通风机的矿井外部漏风率.即在约定的时间同时测定主通风机的排风量和矿井的总回风量。主要测定参数有:采用静压差法测定矿井主通风机的排风量;采用风表风速法测定矿井总回风巷的回风鼍;井下总回风巷和主通风机人口的风流空气密度。由CAF下列风机的结构特征可知.风机人口前过流断面上的速度场分布比较均匀,而且风速较大。根据空气流动的动力学理论,可利用两断面静压变化测定法测算风机的风量,因此在I、II断面周边上各布置2个静压传感器,用胶皮管和i通分别把每一断面各测点的静压端口并联在一起,分别通

过胶皮管连接至YYT-200B型单管倾斜压差计上,测定不同工况点时两断面静压差,进而测算风机风量,按公式计算出矿井外

部漏风率。

(李剑峰)

一178~

第30卷第12期

2009年

12月

机械

V01.30No.12Dec.2009

CoalMineMa(.hine九,

数字图像处理在输送带撕裂视觉检测中的应用

祁隽燕.谭超

(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116)

摘要:针对煤炭生产中输送带易于产生纵向撕裂的背景。构建了基于数字图像处理和机器

视觉技术的输送带撕裂检测系统。将数字图像处理技术应用于输送带撕裂的裂纹边缘信息的检测,对采集的裂纹图像进行预处理、边缘检测以及特征抽取。该方法具有实时动态显示输送带状况的优点.识别精度高。

关键词:输送带撕裂;图像处理;机器视觉

中图分类号:TD528文献标志码:A文章编号:1003—0794(2009)12一0177—02ApplicationofDigitalImageProcessinBeltLongitudinalRIjpVision

Detection

QI

J硼一y蛐,TAN

Chao

(CouegeofMecllanical矩dElectrical,ChimMining锄d7rechnolog)rUnivers畸,Xuzllou221116,Chim)

Abstract:Longitudinalripdetectionsystemisconstlllctedbased

on

processingtechnologyofdigital

imageandvisuaJtechnologyofmachine,whichisaimedatthebackgroundofeasytheconveyorbelt.Appliesedgeofthecmckdetectionextmction

on

longitudinalripin

di舀talimageprocessingtechnologytobelt

andcanyoutimage

inf0珊ation

lon舀tudinalripinspectingthe

preprocessin为edgedetection锄dfeature

theacquisitionofthecrackimage.Themethodhastheadvantagesofreal—timedynarIlic

displaytot}lebeltsituation,identificationandKey0

high

accuI.acy.

words:lon舀tudinal

rip;ima|geprocess;

machineVision

引言(1)输送带纵撕照明系统

光源的选择是一个非常重要的问题。一个稳定可靠的图象处理系统。不能仅局限在实验室里获取的优质图像,更重要的是在实际的生产现场持续地获取高品质,高对比度的图像。即必须能够对应生产现场有可能出现的多种多样的外部条件的变化,例如环境光线的变化,被测物体的倾斜,材质以及机种的变更等。为了实现这种稳定可靠的图像处理系统,提高照明光源的品质是至关重要的。

(2)输送带纵撕图像获取系统

选择视觉系统首先要选择正确的摄像头和镜头。构建图像的基本单元称为像素,一幅普通图像实际上是成千上万像素填满的图框。本文选择的场深0.5m.视深0.5mz。在这个位置安装摄像头效果很好。

(3)图像采集与处理

要求系统具有的功能:能摄取和处理3路摄像仪器视频图像(安装3路摄像机时),通过图像预处理,二值化、边缘检测、特征提取等步骤自动判别、提取图像故障一撕裂的裂纹,实时记录故障图像并进行事后处理与回放。

2图像预处理和分析软件构成

数字图像处理是视觉系统的关键,在机器视觉系统中。这一切是通过计算机软件实现的。输送带

撕裂在线识别和自动报警系统进行图像预处理的

一177—

带式输送机是冶金、煤炭、电力、建筑和交通运输等部门广泛采用的一种连续运输机械。输送带的纵向撕裂是带式输送机在运行中一种最严重的破坏形式。一旦发生输送带纵向撕裂,所造成的损失是十分巨大的。

本文主要从数字图像处理方面人手,利用输送带纵撕监控系统摄取的真实图像.在PC机下采用LabVIEW软件开发平台.开展结合光图像处理和特征裂纹检测技术研究。开发高鲁棒性的图像处理算法。提高该系统的环境适应性和测量精度。

图像处理系统的硬件构成

视觉检测系统的硬件结构设计如图l所示。硬件系统分为照明、图像采集和图像处理三部分。首先在特定光源的照射下,每隔一定的时间(可设定)摄像头抓拍一帧图像,光学影像转换成视频信号传递给CVS视觉系统,计算机运用数字图像处理算法对图像进行处理并显示结果。

%矧

抓拍图像

}4V专

1]数字化处理II一铂x琰仉I6鼎嚣H6鞘琵瞥H网络粼i

二—一.

圈1

l处理后的图像5i=L—.JIMAQVIsion软件包I

ilE行圈像处理I示存监视器『.l

[竺两

系统硬件组成结构

I竺竺詈搠

!Q!:三Q坠:!兰

墼皇图垡丝堡垄塑耋堂塑型塑堂丝型史笪堕旦=塑堡夔!簦

第30卷第12期

原因是工作环境煤粉灰尘大,光线比较弱,采集到的输送带撕裂图像清晰度往往不够,边缘凸出性差.为了正确区分输送带裂纹前景图像和输送带背景图像.必须对图像进行预处理。其处理的程序流程如图2所示。

输送带纵撕罔像处理

运算,目的是解决图像中边缘孑L洞多而杂的问题。最后选用Roberts算子进行图像分割,Roberts算子是高通滤波器,对陡峭边缘检测效果很好,非常符合输送带裂纹的图像分割要求。

3裂纹图像的后处理

■;矗………j…];厅忑夏习竺!竺!竺{

对图像预处理后得到输送带边缘图像要做进

{皇送带裂纹图像分铺榆测物景获取裂纹边界

l刮鋈董一

;L——T—一|

一步的处理,对裂纹面积进行计算,也就是计算裂纹内部像素所占的面积。要计算裂纹内部面积,首先要进行二值化处理。设定一个合适的灰度阈值.从直方图上选取127为灰度阈值,得到的二值化图像。用计算得到的面积与预先设定的面积阈值进行比较。当裂纹特征值超过阈值时,则系统报警、立即发出停机检修信号,对接头处理,重新搭接接头。裂纹面积阈值比较及报警代码见图3。

l图像灰化I;

褰黼甏裂H特征值提取H决策判断

犏送带纵新l謇I像识删和分析

图2输送带纵撕图像处理及识别内容

在对输送带撕裂的参数测量时,由于输送带及其工作环境的光线很暗,采集到的输送带图像灰度很大.输送带图像直方图中像素的灰度主要集中于0。50。使得它的轮廓非常模糊,难以精确提取出边缘。故而必须进行原始图像增强,然后才利于进行下一步处理。输送带撕裂图像的特征是:输送带本身属于低对比度、低灰度值的物体,而且输送带裂纹不规则,属于边缘条件恶劣的情况,难以检测到清晰边界。对低对比度物体的前景和背景有效分割的办法。一是借助于良好的照明,这一点很关键。另外一个办法就是找到一套适用的图像预处理算法。

本文对图像预处理分为3个步骤:原始图像去噪平滑、图像增强和裂纹图像分割。

(1)原始图像去噪平滑

采用均值滤波器和卷积算子进行图像平滑,经过处理后的原始图像变换并不明显,但在输送带图像预处理中,这是基础的一步,目的是对影响图像质量的噪声进行去除。

(2)图像增强

使用操作算子乘运算增强输送带撕裂图像,使输送带裂纹的边缘信息更加突出,不需要的信息被削弱。裂纹内部的亮度会被加强,为下一步图像分割做准备。

(3)裂纹图像的分割及边缘检测算子的选取选用形态学算子,对采集图像进行膨胀和腐蚀

图3裂纹面积阈值比较及报警代码

4结语

本文针对输送带及其撕裂裂纹图像的特点.经过反复实验,设计出了一套能检测输送带撕裂变化的图像预处理算法。通过组合运用二值形态学算子,有效去除图像瑕疵和噪声,得到了前景图像。采用合理阈值分割算法对输送带裂纹图像进行分割.得到二值图像。选用Roberts边缘检测算子.实现了裂纹图像和背景区域的分割。在IJabVIEW平台上

应用IMAQVision相关节点和模块对所涉及到的输

送带裂纹图像处理技术的算法进行演算.通过实验室模拟取得良好的效果。

参考文献:

[1]毛君,赵永生.王淑娇.矿用输送带纵向撕裂原因分析及其预防

[J].煤矿机械,2007,28(10):182一183.[2]冈萨雷斯.数字图像处理(M].2版.北京:电子T业出版社,2003.[3]雷振山,刘兆妮.应用IMAQVision的齿轮测量技术[J].制造技

术与机床.2005(2):56—59.[4]姚峰林,詹海英,李元宗.机器视觉中的边缘检测技术研究[J】.

机械T程与自动化,2005(1):108一llO.

作者简介:祁隽燕(1975一),女,山西临汾人。硕士,中国矿业大学机电工程学院教师,现从事机械设计及原理基础理论的教学科研

工作,电子信箱:qⅫiy@126.com.

收稿日期:2009埘一lo

_oH●o●◇●o●o●o●o●・:'●<>●o●<>●<>●<>●o●<>●<>●o●o●o●◇●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●・:'●・≯●<>●<>●<>●o●o●・o・●o●o●

矿井主要通风机排风量测试

兖州矿业(集团)公司济宁二号煤矿对于GAF型轴流式通风机利用静压差法测试矿井主要通风机排风量,测试布置简单、

数据稳定准确.可在类似条件下推广应用。

该矿中央风井安装GAF31.5一15.8一l型轴流式风机2台。测定现运行转速条件下主通风机的矿井外部漏风率.即在约定的时间同时测定主通风机的排风量和矿井的总回风量。主要测定参数有:采用静压差法测定矿井主通风机的排风量;采用风表风速法测定矿井总回风巷的回风鼍;井下总回风巷和主通风机人口的风流空气密度。由CAF下列风机的结构特征可知.风机人口前过流断面上的速度场分布比较均匀,而且风速较大。根据空气流动的动力学理论,可利用两断面静压变化测定法测算风机的风量,因此在I、II断面周边上各布置2个静压传感器,用胶皮管和i通分别把每一断面各测点的静压端口并联在一起,分别通

过胶皮管连接至YYT-200B型单管倾斜压差计上,测定不同工况点时两断面静压差,进而测算风机风量,按公式计算出矿井外

部漏风率。

(李剑峰)

一178~


相关文章

  • 皮带机输送综合保护控制装置的设计(1)
  • 200819皮带机输送综合保护控制装置的设计 (1.山东新方矿业集团 山东 潍坊 韩志工1李冠坚1,2 261200:2.中国矿业大学应用技术学院 江苏 徐州 221008) 摘要]以单片机和CPLD为核心设计一个皮带机输送综合保护控制装置 ...查看


  • 带式输送机保护装置
  • 带式输送机保护装置的选型与安装 董勇1 赵小聪2 杨祝阁3 孙海鸿2龚 琛2 1.上海华电望亭发电厂(江苏 苏州 215155) 2.苏州热工研究院(江苏 苏州 215004) 3.华润电力常熟发电厂(江苏 苏州 215536) 摘 要:针 ...查看


  • 传感器的选型与安装
  • 传感器的选型与安装 2.1 传感器的选型与安装 输送带是煤矿生产中的一种主要运输设备, 广泛应用在采区上下山.运输大巷及地面运输走廊等场所.输送带一旦发生事故, 将严重影响煤矿安全生产, 造成重大经济损失.因而如何避免事故的发生, 保证带式 ...查看


  • 机器视觉的界定原理及作用
  • 第一节 机器视觉界定 一. 机器视觉界定 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断.机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置,分 CMOS 和CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息 ...查看


  • 机器人生产线
  • 机器人生产线 1.1机器人生产线的概述 精密机芯的自动装配和检测包装是产品自动化生产过程的最后关键技术,也是机器人技术物流技术自动化装配技术综合应用的重要领域,上海大学在研制精密机,机器人自动装配生产线的过程中,在这方面做了成功的探索,装配 ...查看


  • 机器视觉文献综述
  • 一.机器视觉与图像采集的研究的意义 "作为一项关键性的自动化技术,机器视觉在发展中国家中对经济的现代化非常重要.为了在世界市场中进行竞争,发展中经济不能无限期的依赖于廉价劳动力." AIA市场分析员Kellett 说.同 ...查看


  • 机器视觉技术及其应用概况
  • 本栏目责任编辑:李桂瑾 人工智能及识别技术 机器视觉技术及其应用概况 陈发东,张晓芳,赵寰宇,张涛,于国英 (河北金牛能源股份有限公司玻纤分公司,河北邢台054001) 摘要:介绍了机器视觉的系统组成及工作原理.相对于人类视觉优势所在,阐述 ...查看


  • 科技信息检索 大作业
  • 科技信息检索 大作业 电子工程学院 学号:0210111X 姓名:李X 数字水印与版权保护 digital watermark and copyright protection 国内数据库名称:CNKI(中国期刊全文数据库),NSTL(国家 ...查看


  • 数字图像水印技术及其应用
  • 第16卷第3期2001年9月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing V ol. 16N o. 3Sep. 2001 文章编号:1004-9037(2001) 03-03 ...查看


热门内容