留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于图像特征匹配的煤泥浮选泡沫速度特征提取方法

郭中天 王然风 付翔 魏凯 王宇龙

郭中天,王然风,付翔,等. 基于图像特征匹配的煤泥浮选泡沫速度特征提取方法[J]. 工矿自动化,2022,48(10):34-39, 54.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17991
引用本文: 郭中天,王然风,付翔,等. 基于图像特征匹配的煤泥浮选泡沫速度特征提取方法[J]. 工矿自动化,2022,48(10):34-39, 54.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17991
GUO Zhongtian, WANG Ranfeng, FU Xiang, et al. Method for extracting froth velocity of coal slime flotation based on image feature matching[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(10):34-39, 54.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17991
Citation: GUO Zhongtian, WANG Ranfeng, FU Xiang, et al. Method for extracting froth velocity of coal slime flotation based on image feature matching[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(10):34-39, 54.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17991

基于图像特征匹配的煤泥浮选泡沫速度特征提取方法

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17991
基金项目: 国家自然科学基金项目(52274157);内蒙古自治区重点专项项目(2022EEDSKJXM010);山西省重点研发计划项目(202102100401015)
详细信息
    作者简介:

    郭中天(1998—),男,山西长治人,硕士研究生,主要研究方向为煤泥浮选智能化及图像处理,E-mail:583246098@qq.com

    通讯作者:

    王然风(1970—),男,山西长子人,副教授,博士,主要研究方向为智能化开采与分选,E-mail:wrf197010@126.com

  • 中图分类号: TD948

Method for extracting froth velocity of coal slime flotation based on image feature matching

  • 摘要: 煤泥浮选泡沫图像局部静态特征相似,一些较为复杂的工况判断需要用到浮选泡沫图像的动态特征,而现有的针对煤泥浮选泡沫速度动态特征的提取方法存在准确性、实时性和稳定性不足问题。针对上述问题,提出了一种基于图像特征匹配的煤泥浮选泡沫速度特征提取方法。首先,采用限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)和三维块匹配滤波(BM3D)对浮选泡沫图像进行预处理,以提高图像质量,突出图像的边缘细节特征。其次,采用加速KAZE(AKAZE)算法对浮选泡沫特征进行特征点检测。然后,在利用暴力匹配(BF)对泡沫图像特征进行粗匹配的基础上,采用基于网格的运动统计(GMS)算法快速可靠地区分正确与错误的特征匹配。最后,根据特征匹配结果计算煤泥浮选泡沫速度,并以此为测量值,利用卡尔曼运动估计方法对得到的测量值进行迭代修正,得到更稳定的煤泥浮选泡沫速度特征。实验结果表明:① AKAZE−GMS算法较好地解决特征点簇集的同时又尽量保留了更多数量的特征点,这是因为预处理后图像受噪声影响降低、对比度增强、边缘特征更突出。② 与SIFT(尺度不变特征转换)、SURF(加速稳健特征)、AKAZE算法相比,AKAZE−GMS算法匹配对分布更为均匀,保留了更多正确的匹配对,匹配精度达99.99%,且运行时间仅需3.73 s。③ 直接经过特征匹配结果计算得到的泡沫速度测量值波动幅度较大,测量值经过卡尔曼运动估计修正后的速度估计值较为平稳,更符合真实工况。

     

  • 图  1  相邻帧泡沫位置变化

    Figure  1.  Change of froth position in adjacent frames

    图  2  煤泥浮选泡沫速度特征提取流程

    Figure  2.  Coal slime flotation froth velocity feature extraction process

    图  3  煤泥浮选泡沫图像采集系统

    Figure  3.  Image acquisition system for coal slime flotation froth

    图  4  各算法特征检测结果对比

    Figure  4.  Comparison of the feature test results of each algorithm

    图  5  各算法特征匹配结果对比

    Figure  5.  Comparison of the feature matching results of each algorithm

    图  6  煤泥浮选泡沫速度计算结果

    Figure  6.  Calculated coal slime flotation froth velocity results

    表  1  匹配精度及运行时间

    Table  1.   Matching accuracy and running time

    算法总匹配对正确匹配对正确率/%时间/s
    SIFT55654097.1215.74
    SURF30830197.7312.84
    AKAZE73673299.469.76
    AKAZE−GMS2585258499.993.73
    下载: 导出CSV

    表  2  不同算法提取速度特征统计分析

    Table  2.   Statistical analysis of speed features extracted by different algorithms 像素/s

    算法测量值卡尔曼运动估计
    修正后测量值
    速度均值
    标准差
    速度均值
    标准差
    SIFT9.356 57.314 712.419 25.153 3
    SURF12.309 87.602 812.311 61.408 7
    AKAZE12.752 57.008 012.318 71.383 0
    AKAZE−GMS10.974 25.045 611.181 31.188 2
    下载: 导出CSV
  • [1] 曹文艳,王然风,樊民强,等. 基于半监督聚类的煤泥浮选泡沫图像分类方法[J]. 工矿自动化,2019,45(7):38-42,65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17437

    CAO Wenyan,WANG Ranfeng,FAN Minqiang,et al. Coal slime flotation foam image classification method based on semi-supervised clustering[J]. Industry and Mine Automation,2019,45(7):38-42,65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17437
    [2] 成佳. 基于浮选泡沫图像处理的精矿品位建模[D]. 成都: 电子科技大学, 2020.

    CHENG Jia. Based on image processing of flotation foam modeling of concentrate grade[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2020.
    [3] 王然风, 高建川, 付翔. 智能化选煤厂架构及关键技术[J]. 工矿自动化, 2019, 45(7): 28-32.

    WANG Ranfeng, GAO Jianchuan, FU Xiang. Framework and key technologies of intelligent coal preparation plant[J]. Industry and Mine Automation, 2019, 45(7): 28-32.
    [4] 桂卫华,阳春华,徐德刚,等. 基于机器视觉的矿物浮选过程监控技术研究进展[J]. 自动化学报,2013,39(11):1879-1888. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01879

    GUI Weihua,YANG Chunhua,XU Degang,et al. Machine-vision-based on online measruing and controlling technologies for mineral flotation-a review[J]. Acta Automatica Sinica,2013,39(11):1879-1888. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01879
    [5] 程翠兰. 基于颜色与纹理特征的矿物浮选精选泡沫分类[D]. 长沙: 中南大学, 2010.

    CHENG Cuilan. Mineral float-selected foam classification based on color and texture characteristics[D]. Changsha: Central South University, 2010.
    [6] 桂卫华,廖茜,阳春华,等. 一种新的浮选泡沫图像纹理特征提取方法[J]. 中国科技论文,2012,7(4):277-281. doi: 10.3969/j.issn.2095-2783.2012.04.007

    GUI Weihua,LIAO Xi,YANG Chunhua,et al. A new texture extraction method for flotation froth images[J]. China Sciencepaper,2012,7(4):277-281. doi: 10.3969/j.issn.2095-2783.2012.04.007
    [7] 冯仁光. 基于自适应权重FCM的浮选泡沫图像分割及应用[D]. 大连: 大连理工大学, 2014.

    FENG Renguang. A flotation froth image segmentation based on an improved adaptive weight FCM and its application[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2014.
    [8] LIU Jinping,GUI Weihua,TANG Zhaohui. Flow velocity measurement and analysis based on froth image SIFT features and Kalman filter for froth flotation[J]. Turkish Journal of Electrical Enectrical Engineering and Computer Sciences,2013,21:2378-2396.
    [9] 刘颖,张平,赵珺,等. 基于尺度不变特征变换的浮选泡沫图像动态特性提取方法[J]. 控制理论与应用,2016,33(6):718-726. doi: 10.7641/CTA.2016.50648

    LIU Ying,ZHANG Ping,ZHAO Jun,et al. Dynamic characteristic extraction method of flotation froth image based on scale invariant feature transform[J]. Control Theory & Applications,2016,33(6):718-726. doi: 10.7641/CTA.2016.50648
    [10] 龚云,杨庞彬,颉昕宇. 结合同态滤波与直方图均衡化的井下图像匹配算法[J]. 工矿自动化,2021,47(10):37-41,61. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070018

    GONG Yun,YANG Pangbin,JIE Xinyu. Underground image matching algorithm combining homomorphic filtering and histogram equalization[J]. Industry and Mine Automation,2021,47(10):37-41,61. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070018
    [11] 朱成德,李志伟,王凯,等. 基于改进网格运动统计特征的图像匹配算法[J]. 计算机应用,2019,39(8):2396-2401. doi: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018122590

    ZHU Chengde,LI Zhiwei,WANG Kai,et al. Image matching algorithm based on improved RANSAC-GMS[J]. Journal of Computer Applications,2019,39(8):2396-2401. doi: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018122590
    [12] 智宁,毛善君,李梅. 基于照度调整的矿井非均匀照度视频图像增强算法[J]. 煤炭学报,2017,42(8):2190-2197.

    ZHI Ning,MAO Shanjun,LI Mei. Enhancement algorithm based on illumination adjustment for non-uniform illuminance video images in coal mine[J]. Journal of China Coal Society,2017,42(8):2190-2197.
    [13] 肖佳,张俊华,梅礼晔. 基于改进BM3D算法的椒盐噪声去噪[J]. 计算机工程与应用,2018,54(21):170-175,207. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1806-0362

    XIAO Jia,ZHANG Junhua,MEI Liye. Salt and pepper noise denoising based on improved BM3D algorithm[J]. Computer Engineering and Applications,2018,54(21):170-175,207. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1806-0362
    [14] 张润梅,宦思琪,张媛,等. 基于改进AKAZE的特征匹配算法及应用[J]. 重庆理工大学学报(自然科学),2021,35(7):266-275.

    ZHANG Runmei,HUAN Siqi,ZHANG Yuan,et al. Feature matching algorithm of Huizhou architecture based on improved AKAZE[J]. Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science) ,2021,35(7):266-275.
    [15] ALCANTARILLA P F. Fast explicit diffusion for accelerated features in nonlinear scale spaces[C]. British Machine Vision Conference (BMVC), London, 2013.
    [16] 刘江,郭荣春,王燕妮. 基于卡尔曼滤波的高斯混合模型目标检测算法[J]. 探测与控制学报,2022,44(2):79-84.

    LIU Jiang,GUO Rongchun,WANG Yanni. A Gaussian mixture kalman filter algorithm of target detection[J]. Journal of Detection & Control,2022,44(2):79-84.
  • 加载中
图(6) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  193
  • HTML全文浏览量:  138
  • PDF下载量:  37
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-02
  • 修回日期:  2022-09-25
  • 网络出版日期:  2022-10-13

目录

    /

    返回文章
    返回