[发明专利]X射线图像的分形维数确定方法及煤矸的分选方法

说明书

本发明涉及X射线图像的分形维数确定方法和煤矸的分选方法。所述分形维数确定方法包括：去除背景噪声；进行平滑处理；截取正方形图像；将图像切割为多个方格；构建各方格的内切圆；构建以像素点的位置及像素颜色强度为准的三维坐标轴，在每个方格上累加多个盒子；通过对lgNr及lg(1/r)进行最小二乘法拟合，得到分形维数；其中，Nr为各个方格中覆盖内切圆中的各个像素点的像素颜色强度所需盒子数的总和；r为方格边长与图像边长比。本发明可在灰度图像的基础上，直接确定分形维数，该方法相对于以X射线图像的灰度值为煤矸的阀值，提高了识别率,为基于人工智能技术进行煤矸快速自动识别奠定了基础。

技术领域

本发明涉及光学成像数据分析技术领域，具体涉及X射线图像的分形维数确定方法及其应用。

背景技术

目前国内对煤矸进行分选的方法很多，分类方法也很多，可以分为重力选煤、浮游选煤和特殊选煤等。重力选煤一般有重介质选、跳汰选煤、离心力场选、螺旋溜槽选、摇床选等方法。浮游选煤是依据煤和矸石表面湿润性质的不同来进行分选，常被用于分选煤和矸石的颗粒。特殊选煤主要是利用煤与矸石的灰度、纹理、射线穿透能力、摩擦系数以及光漫反射等物理特性的差异，来实现二者的区分，包括图像选、放射性同位素选、摩擦选、磁选以及光电选等方法。其中，人工拣选、风力选煤、流化床选煤、选择性破碎法、射线透射法和图像法等都是针对块煤的分选方法，而磁选等属于粉煤的分离方法。随着科学技术的不断发展，煤矸识别的方法也越来越多，但究其根本大都是利用煤和矸石二者的密度不同来实现的。煤矸分选通常还可分为干法选煤与湿法选煤，且以湿法选煤为主。湿法选煤是以水或者重液为媒介，但我国是一个干旱缺水严重的国家，尤其是在西部地区，水资源严重短缺制约了我国煤炭产业的发展。干法选煤的过程一般在空气介质中进行，主要包括人工拣选、风力选煤、流化床选煤、选择性破碎法、射线透射法、图像法以及磁选等方法。由于常规干法选煤不使用水介质，因此适合用于缺水地区的煤分选加工。干法选煤费用较低、但由于受分选下限、入选原煤水分、介质粒度窄和设备可靠性的影响，实际应用效果不十分理想。当煤的外在水分高于7％时，干法选煤的分选效果会变得很差。

射线透射法属于无损检测，所用的射线有两种，即X射线和γ射线。该法不用水资源作为介质，因此适用于干旱地区的煤炭分选；且节能环保、不会造成环境污染，也不会造成资源浪费，可以用于50-150mm粒度级的煤的分选。优点是设备安装简单、体积小，对中小型选煤厂比较适用。γ射线选煤方法的缺点是分选能力低，不能满足井下生产能力的要求，最主要的是产生γ射线的放射源属于国家管控产品，需要到当地省环保局办理使用许可证，虽然X射线仪器也要当地环保局办理许可证，但在管理上不像放射源那样需要专车运输，相对容易。X射线透射选煤需要的设备只是一台X射线机和数据采集卡，经济成本低，这种方法达到了节能、环保的选煤标准，在选煤过程中不会造成环境污染和资源浪费。在水资源迅速成为稀缺资源的今天，伴随湿选法成本的增加，X射线选煤法更适宜当前的环境要求。

分形几何学(Fractal Geometry)由法国数学家Mandelbrot创建并发展。分形是一门应用广泛的数学分支，分维数是描述分形的重要表征参数，Mandelbrot认为具有分形特性的轮廓表面在几何上具有自相似性，设定n维欧几里德空间内的有界集合A，若可以表示A为其自身的N_r个互不覆盖的子集的并集，说明A具有自相似的性质。数学上定量概述这种自相似性的参数为分形维数，这时，集合A的相似分形维数D由式(1)求出。

1＝N_rr^D,即