[发明专利]一种基于可见光和红外图像融合的煤岩识别装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于可见光和红外图像融合的煤岩识别装置及方法，装置包括防爆外壳、高透光板一、红外相机、环形光源、高透光板二、可见光相机、支撑板、煤岩识别模块和隔震器，红外相机和可见光相机拍摄的图片经过煤岩识别模块处理后，得到煤岩界面点坐标，输入PLC调高控制模块中，生成控制电压信号，控制液压执行单元的动作。所述方法是利用小波变换、数字形态学，SIFT特性点提取和细胞神经网络等方法进行图像融合、图像拼接和煤岩界面曲线提取等操作，从而识别出采煤机下一截割循环的煤岩界面信息，为调高控制提供依据。该装置及方法能在能见度低下、粉尘大的工作面环境下获取清晰煤岩图像，测量精度高、应用范围广、可靠性好。

技术领域

本发明涉及一种煤岩识别装置及方法，具体涉及一种基于可见光和红外图像融合的煤岩识别装置及方法，属于煤炭开采设备技术领域。

背景技术

煤岩识别技术是实现采煤机智能调高和综采工作面自动化的关键和基础，对提高生产效率具有十分重要的意义。该技术可以避免分布在采煤机滚筒上的截齿截割到坚硬的岩石而发出火花造成截齿部位破损，从而导致危险情况的发生。目前煤岩识别技术多根据煤炭、岩石的物理性质和力学性质等存在差异的原理，采用天然γ射线探测法、截割力响应信号探测法、声波信号探测法和煤岩图像探测法等煤岩识别方法。

天然γ射线探测法主要利用碘化钠等晶体制成的γ射线探测器接收天然顶底板所发出的γ射线，并通过变送器将其转换为电信号，传送至识别器，电信号的强度与探测器至顶底板的距离以及预留煤层厚度有关，然而该方法不适用于顶底板不含放射性元素或放射性元素含量较低的工作面，以及煤层中夹矸过多的工作面；截割力响应信号探测法将截齿应力传感器用于煤岩界面识别，根据采煤机截割到岩石时，截齿所受到的应力与截割煤层时相比将发生显著变化而实现煤岩界面的辨别，然而该方法对截齿以及传感器的损耗较大，需要人工定时更换传感器；煤岩图像探测法是对工作面煤岩界面图像进行特征提取，然后利用Fisher分类器进行分类，判断出煤岩界面，然而井下采集到的图像会受到粉尘的影响，图像中含有大量的背景噪点，影响图像特征提取的效果；声波信号探测法是基于采煤机切割煤、岩时的振动频率存在，通过接收与辨别不同截割状态下声振动信号实现煤岩识别，这种方法原理简单，实际应用过程却比较复杂，因为接收的声振动信号还与采煤机类型、开采工艺、截齿的强度状态、工作面地质结构有关。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于可见光和红外图像融合的煤岩识别装置及方法，结合可见光图像所提供信息丰富和红外图像抗干扰能力强、穿透力强的优点，能在能见度低下、粉尘大的工作面环境下获取清晰煤岩图像，从而达到精确检测矿采工作面煤岩界面的目的，适用范围广、精度高、可靠性好，能够为矿采工作面智能化作业提供条件。

为了解决上述问题，本发明一种基于可见光和红外图像融合的煤岩识别装置，包括防爆外壳、可见光相机和煤岩识别模块，可见光相机和煤岩识别模块均设置在防爆壳体内，所述可见光相机通过可见光传感器将采集的图像信息输送至煤岩识别模块，煤岩识别模块输出信号至采煤机的PLC调高控制模块，PLC调高控制模块与采煤机截割滚筒的液压执行单元信号相连，还包括红外相机和环形光源，红外相机通过红外传感器将采集的图像信息输送至煤岩识别模块，防爆壳体面对煤岩壁的一面为高透光板一，防爆壳体内部竖直设置一块高透光板二，高透光板二与防爆壳体背板之间连接一块支撑板，红外相机和可见光相机并排设置在支撑板上端，煤岩识别模块设置在支撑板下侧的防爆壳体背板处，环形光源均匀布置在高透光板二上。

环形光源用于提供充足的照明条件，在采煤机截割之前，红外相机和可见光相机通过内置的传感器获取煤岩界面的图像信息，并将信息传输至煤岩识别模块，煤岩识别模块融合两个相机获取的图像形态、颜色、纹理、断口形状等特征，利用小波变换、数字形态学、SIFT特性点提取和细胞神经网络等方法进行图像融合、图像拼接以及煤岩界面曲线提取等操作，实时智能识别煤岩图像界面，然后通过坐标变换得到采煤机下一截割循环的机体坐标系下煤岩界面坐标信息，并将信息输入PLC调高控制模块中，PLC调高控制模块经过逻辑判断生成控制电压信号，进而控制截割滚筒的液压执行单元动作。