井下煤仓煤位不规则光斑图像的检测方法研究＊

董玉杰 贾西科 吴冰

（1.河南理工大学万方科技学院，河南省焦作市，454000；2.河南工程技术学校，河南省焦作市，454000）

适时检测和掌握井下煤仓的煤位直接关系到煤矿企业生产的秩序和效率，然而，在井下煤仓煤位图像检测中，往往检测所获取的图像都是不规则的，这对煤位图像面积的检测产生了不利影响。为了能够准确地获得煤仓煤位图像面积，需要对检测到的不规则光斑图像进行检测，而传统的检测方法对不规则光斑图像的边缘确定会产生较大误差，因此，本文提出了采用三角形遍历法结合区域增长法检测光斑图形面积，最终取得了良好的效果。

1 井下煤仓煤位不规则光斑图像检测方法的提出

在井下煤仓煤位图像检测中，常常采用辅助光源检测法，即用一束平行圆形光柱照射在煤仓煤面上，根据煤面上圆形光斑面积的变化来检测煤位的变化。然而，由于井下煤仓环境恶劣，煤尘、煤块、堆砌角、湿度等因素都会对检测到的图像产生干扰，所获取的圆形光斑图像往往是不规则的，这对煤位图像面积检测的准确性产生了不利影响。为了能够准确地获得煤仓煤位光斑图像面积，需要对不规则的图像进行检测。通常的检测方法要对不规则图像进行边缘检测，在众多的图像边缘检测中大都应用了求函数的拐点这一基本的数学原理。由于它是一种对二维函数进行运算的二阶导数标量算子，因此对光斑图像中的噪声干扰相当敏感。而且在进行处理时会在边缘处产生一个陡峭的零交叉，其边缘的确定往往会产生较大误差，对准确检测光斑图像面积造成不利影响。为解决这一问题，本文提出了采用三角形遍历法结合区域增长法检测光斑图形面积。煤仓不规则光斑图像及其各种算子的边缘检测结果如图1所示。

图1 煤仓不规则光斑图像及其各种算子的边缘检测结果

2 井下煤仓煤位不规则光斑图像的面积测量方法

为了解决可能出现的无法准确测量煤仓光斑图像面积的问题，利用直线两点式测量法来解决上述问题。该测量法是通过定积分原理实现的。如图2所示，图中有一个由8条线段围成一个密闭区域，使用定积分原理求解在x 轴方向的5个部分面积。

图2 分段计算区域面积

［a，b］区间所围成的部分图像面积包括由直线x=a、直线x=b、线段1和线段8以及直线x=a、直线x=b、线段2和线段3所围成的两个独立区域，面积计算公式为：

将公式 （1）离散化后变为：

其中，f1（x）、f8（x）、f2（x）和f3（x）分别为线段1、线段8、线段2、线段3 的直线方程。同理，［b，c］、［c，d］、［d，e、］［e，f］区间面积分别为：

图形总面积为：

如图3所示，如果将区间宽度定为1，两条线段间部分ab和cd 属于密闭区域内，当从最小横坐标遍历到最大横坐标后，将两条线段间部分的像素累加求和即为所求图像区域面积，面积计算公式为：

式中：f2i（t）——在横坐标x=t时边线的第2i个竖坐标值；

f2i-1（t）——表示在横坐标x=t时边线的第2i-1个竖坐标值；

n——在横坐标为t时直线x=t与图形边线的交点个数 （不包括边界线段的顶点）；

P——边界线段的顶点数。

利用直线两点式可求出组成多边形的各线段的直线方程f（x）：

对应以上的面积测量方法，相应的周长简单地等于多边形各边长之和。

例如图1 （e）所示的经Laplace算子检测的井下煤仓不规则光斑图像的边缘图像，其实际成像最大尺寸只有4mm，为了便于面积的检测，经放大10倍后的Laplace算子检测的边缘图像如图4 所示，图4 （a）为原始边缘图像，图4 （b）为除去边缘外侧干扰的边缘图像。

从图4 （b）可以看出，在除去边缘外侧的一些干扰后，根据两点式公式法原理，可用11条竖线将图4 （b）边缘图像分为10个区域20个线段。每个线段的方程可根据公式 （9）分别求出13个线段的直线方程，具体的实现程序流程如图5所示。

图5 两点式公式法程序流程图

3 结语

在利用辅助光源检测技术检测井下煤仓煤位的过程中，针对井下恶劣环境因素对所获取的光斑图像的干扰，本文给出了使用三角形遍历法结合区域增长法测量图形面积原理，在此基础上利用两点式公式法对多个多边形进行检测，该方法有效地去除了由于各种干扰对检测精度的影响，从而使井下煤仓煤位的检测更加易于实现，对实现矿井生产的实时监控起到了很好的推动作用。

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