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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
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    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
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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

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