煤矿井下钻杆运动目标的视频监测方法研究

摘要

在煤矿生产开采中，瓦斯灾害的频发威胁着煤矿井下工人的生命安全和煤炭的正常开采进度。因此，综合治理瓦斯是降低瓦斯事故发生率的根本措施。目前，钻孔抽放已成为井下狭窄工作面中瓦斯抽放的主要方式。随着井下视频监控设施的布设，通过视频监控监测钻杆抽采机的运动状态，虽然有效地提高了煤矿井下安全管理，但是由于长期的人工监测，仍然存在很大的安全隐患。本文利用计算机视觉技术对煤矿井下钻杆运动目标进行实时监测，有效地对运动钻杆目标进行稳定地跟踪，并准确记录钻杆数量，降低了瓦斯灾害的发生率，提高了煤矿安全监管水平。
　　本文通过分析井下视频图像的特点，首先采用中值滤波对其进行降噪预处理，然后利用直方图均衡化进行图像增强，提高了井下视频图像的清晰度。经图像预处理后，再对视频图像进行钻杆目标检测。在混合高斯模型的基础上融入Canny算子，结合了Canny算子对边缘信息处理效果好的特点，弥补了混合高斯模型对钻杆目标边缘信息提取不完全的缺陷，完整地提取出了钻杆目标运动特征。在取得较好的目标检测效果之后，通过对Camshift算法的改进，将颜色特征与运动特征相结合的方式，重新计算出钻杆目标的反向投影图，有效地解决了由于井下光照分布不均引起的颜色相似干扰问题。在钻杆目标跟踪的过程中遇到目标被障碍物短暂全部遮挡时融入卡尔曼滤波，对钻杆运动轨迹进行预测分析，有效地解决了钻杆目标被遮挡的问题，提高了跟踪的准确性和稳定性。最后实现钻杆计数。利用钻杆目标区域在打钻开始到结束时质心间的欧氏距离，绘制出一幅具有周期性的曲线图，通过计算波峰的个数实现钻杆计数。

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1 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容及章节安排

2 煤矿井下钻杆计数方法

2.1 井下钻杆机打钻过程中异象

2.2 井下钻杆计数常用方法

2.3 本文井下钻杆计数方法

2.4 本章小结

3煤矿井下钻杆运动目标检测

3.1 图像预处理

3.2 运动目标检测常用方法

3.3 基于混合高斯模型的检测方法及改进

3.4本章小结

4 煤矿井下钻杆运动目标跟踪方法

4.1 传统目标跟踪方法

4.2 Camshift跟踪算法

4.3 基于卡尔曼滤波的Camshift目标跟踪算法

4.4 钻杆计数实现

4.5 本章小结

5仿真系统实现与验证

5.1系统概述

5.2 系统实现与验证

5.3 本章小结

6 结 论

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录