基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测关键技术研究

摘要

带式输送机是一种现代化生产中的连续运输设备，已广泛应用于煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域。输送带是带式输送机的牵引和承载关键部件。在使用过程中，由于输送带跑偏、外部尖锐物体刺入输送带等原因，经常产生纵向撕裂故障，若得不到及时检测和处理，会造成重大安全事故，导致停产、运输物料的损耗、设备的损坏和人员伤亡、巨大经济损失，严重影响安全生产。本文对基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测技术进行了研究，主要包括以下内容:
　　(1)研究了基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测理论与方法，提出了一种使用线阵CCD摄像机的基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测方法，实现了对输送带纵向撕裂故障的在线检测，提高了检测的准确性和实时性。
　　(2)研究了输送带图像压缩编解码算法，针对工业级线阵CCD摄像机采集输送带图像中大部分行和列像素值变化不大的特点，提出了一种行再生和游程编码的输送带图像压缩编解码算法。实验结果表明，该算法在保证图像质量的前提下，提高了输送带图像的压缩率及图像数据传输的效率。
　　(3)研究了基于机器视觉的输送带图像处理算法，提出了一种灰度值形态学梯度和单尺度Retinex(SSR)算法的输送带图像去雾增强算法，实验结果表明该算法提高了输送带图像的图像质量，实时性好;研究了输送带图像分割算法，提出了一种灰度平均法的改进遗传算法的阈值分割算法，该算法对图像进行阈值分割，获得输送带二值图像。实验结果表明，该算法获得的二值纵向撕裂故障图像特征明显，实时性好，为后续的故障特征提取与识别奠定了基础。
　　(4)研究了输送带纵向撕裂图像特征提取与故障识别算法，提出了一种输送带纵向撕裂故障预判、几何特征统计法和最小距离分类器相结合的输送带纵向撕裂图像特征提取与故障识别算法，该算法首先对输送带图像进行预判，找出具有疑似纵向撕裂故障图像，再采用几何形状特征统计法提取疑似纵向撕裂故障图像特征向量，最后通过最小距离分类器将其与各类图像原型特征向量的欧氏距离比较进行分类，识别出输送带纵向撕裂故障。实验结果表明该算法纵向撕裂故障检测准确性高，实时性好。
　　(5)搭建了输送带纵向撕裂故障在线检测系统平台，设计了其软件，实现了对输送带纵向撕裂故障的在线检测，验证了以上方法和算法的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 输送带故障检测方法国内外研究现状

1．2．2 图像压缩编解码算法国内外研究现状

1．2．3 图像特征提取与故障识别算法国内外研究现状

1．3 研究目的及意义

1．4 本文的研究工作及结构安排

第二章 输送带图像纵向撕裂故障在线检测方法的研究

2．1 基于机器视觉的输送带检测原理

2．2 基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测方法

2．3 本章小结

第三章 输送带图像压缩编解码算法研究

3．1 JPEG编解码算法

3．2 行再生和游程编码的输送带图像压缩编解码算法

3．2．1 行再生和游程编码的输送带图像压缩编码算法

3．2．2 行再生和游程编码的输送带图像解压缩算法

3．3 实验及结果分析

3．3．1 JPEG编解码算法实验及结果分析

3．3．2 行再生与游程编码的图像压缩编解码算法实验及结果分析

3．4 本章小结

第四章 输送带图像处理算法研究

4．1 输送带图像去噪处理算法

4．1．1 均值滤波

4．1．2 中值滤波

4．1．3 巴特沃斯低通滤波器

4．1．4 测试与三种算法比较

4．2 输送带图像去雾增强处理算法

4．2．1 直方图均衡法

4．2．2 Retinex算法

4．2．3 直方图均衡法与Retinex算法实验及结果分析

4．2．4 输送带图像边缘检测算法

4．2．5 灰度值形态学梯度和SSR算法的输送带图像去雾增强算法

4．2．6 输送带图像去雾增强算法实验及结果分析

4．3 输送带图像分割算法

4．3．1 图像分割算法

4．3．2 最大方差阈值分割(Otsu)算法

4．3．3 灰度平均法的阈值分割算法

4．3．4 灰度平均法的改进遗传算法的阈值分割算法

4．3．5 灰度平均法的改进遗传算法的阈值分割算法实验及结果分析

4．4 本章小结

第五章 输送带纵向撕裂图像特征提取与故障识别算法研究

5．1 输送带纵向撕裂故障预判方法

5．2 输送带纵向撕裂图像特征提取算法

5．2．1 输送带纵向撕裂图像特征

5．2．2 输送带纵向撕裂图像特征提取算法

5．2．3 实验及结果分析

5．4 基于最小距离分类器的输送带纵向撕裂故障识别算法

5．5 输送带纵向撕裂图像特征提取和故障识别算法的实现及实验研究

5．6 本章小结

第六章 输送带纵向撕裂故障在线检测系统平台及实验研究

6．1 基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测系统平台的搭建

6．1．1 CCD摄像机与镜头的选择

6．1．2 光源的选择

6．1．3 输送带图像压缩编解码器设计

6．2 基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测系统软件设计

6．2．1 在线检测系统软件总体设计

6．2．2 在线检测系统软件详细设计

6．3 输送带纵向撕裂故障在线检测算法实现及实验研究

6．3．1 输送带纵向撕裂故障在线检测算法实现

6．3．2 输送带纵向撕裂故障在线检测算法实验研究

6．4 基于机器视觉的输送带纵向撕裂故障在线检测系统实验及结果分析

6．5 本章小结

第七章 全文总结与研究展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢