第30卷第12期
2009年
12月
煤
矿
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。
1
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
煤
矿
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
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longitudinalripin
di舀talimageprocessingtechnologytobelt
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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。
1
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。
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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
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系统硬件组成结构
I竺竺詈搠
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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
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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~