[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

权利要求书

1.一种基于可见光和红外图像融合的煤岩识别方法，采用一种煤岩识别装置，该装置包括防爆外壳(1)、可见光相机(6)和煤岩识别模块(8)，可见光相机(6)和煤岩识别模块(8)均设置在防爆外壳(1)内，所述可见光相机(6)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(8)，煤岩识别模块(8)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；该装置还包括红外相机(3)和环形光源(4)，红外相机(3)通过红外传感器将采集的图像信息输送至煤岩识别模块(8)，防爆外壳(1)面对煤岩壁的一面为高透光板一(2)，防爆外壳(1)内部竖直设置一块高透光板二(5)，高透光板二(5)与防爆外壳(1)背板之间连接一块支撑板(7)，红外相机(3)和可见光相机(6)并排设置在支撑板(7)上端，煤岩识别模块(8)设置在支撑板(7)下侧的防爆外壳(1)背板处，环形光源(4)均匀布置在高透光板二(5)上；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步、对红外相机(3)和可见光相机(6)进行标定，获取相应的内参矩阵和畸变矩阵；

第二步、根据相机标定参数，实现图像像素坐标系到采煤机机体坐标系的映射，得到同一场景下的红外和可见光煤岩图像；

第三步、采煤机自动截割之前，采用人工示教方式进行采煤机第一刀的截割；

第四步、红外相机(3)和可见光相机(6)等时间间隔同时拍摄工作面红外煤岩图像和可见光煤岩图像；

第五步、使用红外煤岩图像和可见光煤岩图像进行煤岩图像界面识别，提取融合图像上煤岩界面坐标点信息；该步骤具体过程如下：

a、基于小波变换和数学形态学，结合煤岩图像形态、煤岩颜色、纹理、断口形状的特点，对可见光和红外煤岩图像分别进行预处理和图像像素级融合，最大限度保留两类图像的完整信息；

b、基于尺度不变特征变换特征点图像无缝拼接原理，提取煤岩融合图像特征点，通过透视变换，将拍摄的最新图像实时拼接到已获取的工作面煤岩图像上，最终得到下一刀截割的完整工作面煤岩融合图像；

c、根据融合图像中煤岩的颜色、纹理、断口形状的特征差异，选取合适网络参数，利用细胞神经网络识别煤岩界面，提取煤岩界面曲线信息；

d、等间隔选取煤岩界面曲线上的坐标点，通过坐标变换，获取机体坐标系下煤岩界面点列坐标；

第六步、将上一刀截割时嵌入式煤岩界面识别模块的识别结果作为指令传输到PLC调高控制模块，生成控制电压信号，控制液压执行单元动作，采煤机完成一刀截割；

第七步、重复第四步～第六步，完成矿采工作面中采煤机的自动截割。

2.根据权利要求1所述的基于可见光和红外图像融合的煤岩识别方法，其特征在于，红外相机(3)内的红外传感器采用UFPA探测器，可见光相机(6)内的可见光传感器采用CCD传感器，红外相机(3)和可见光相机(6)的镜头平行并穿过高透光板二(5)，红外相机(3)和可见光相机(6)存在重叠的视角区域。

3.根据权利要求1或2所述的基于可见光和红外图像融合的煤岩识别方法，其特征在于，防爆外壳(1)底部四角具有隔振器(9)，整个装置通过隔振器(9)固定在采煤机机体(10)。