CN108550135A - 一种基于x光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法，属于无损检测领域。本发明旨在准确高效计算出钢丝绳芯输送带接头伸长量，提高钢丝绳芯输送带接头伸长检测的可操作性和准确性，以实现对接头状况的判断。本发明基于钢丝绳芯输送带上下接头提取的图像结果，通过计算X光钢丝绳芯输送带上下接头拟合直线斜率、左右端最外侧长度以及接头平均长度，实现接头伸长的自动综合检测。本发明所提出的算法高效且准确率高，能够应用于基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测***，实现X光钢丝绳芯输送带接头伸长的自动综合检测，有益于预防重大断带安全事故，具有较大的应用价值。

Description

一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法，具体涉及一种通过钢丝绳芯输送带接头X光图像准确计算接头伸长量的方法，属于无损检测领域。

背景技术

带式输送机运输是煤矿等生产领域中的主要运输方式，其使用的输送带以钢丝绳芯输送带为主。钢丝绳芯输送带是以钢丝绳作为骨架材料的橡胶输送带，广泛应用于煤炭、矿山、港口等领域。在实际应用中，一条完整的钢丝绳芯输送带都是由若干段钢丝绳芯输送带搭接而成。接头区域是整条钢丝绳芯输送带中抗拉强度最低、最为薄弱的部位，经常发生钢丝绳抽动故障，导致断带等重大安全事故时有发生，严重影响安全生产。因此，及时准确地检测钢丝绳芯输送带接头状态十分必要。

随着X光检测技术的发展，能够通过X光无损检测***获取包含钢丝绳芯输送带接头信息的X光图像，但现有的接头伸长量检测方法存在着检测效率低、准确性较差等问题，依靠人工监控不容易判断微小变化且造成人力资源的浪费。综上所述，需要一种能够高效可靠判断接头伸长的自动检测方法。

发明内容

本发明提出了一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法，目的是通过钢丝绳芯输送带接头X光图像，准确计算接头伸长量以及判断接头状况，提高接头伸长检测的可操作性和准确性。本发明提出的方法包含以下步骤：

步骤1，对包含钢丝绳芯输送带完整接头的X光图像I进行预处理，通过直方图均衡化进行图像增强后，使用均值滤波进行降噪处理，得到图像A；

步骤2，对图像A采用Sobel算子进行边缘检测，再进行图像反相操作，使接头黑色端点变成白色端点、白色端点变成黑色端点，得到图像B；

步骤3，对图像B进行动态阈值处理，筛选出接头白色端点，得到图像C；

步骤4，对图像C进行形态学膨胀，得到图像D；

步骤5，对图像D进行区域连通操作，得到图像E；

步骤6，根据宽度特征去掉干扰区域，然后根据剩下区域的中心横坐标提取出上边缘端点图像E和下边缘端点图像G，图像E与图像C求交集得到上接头图像F、图像G与图像C求交集得到下接头图像H；

步骤7，对图像F中的上接头离散点和图像H中的下接头离散点，分别进行最小二乘直线拟合，得到上接头拟合直线和下接头拟合直线；

步骤8，计算钢丝绳芯输送带接头左右端最外侧长度的伸长量；

步骤9，求出上接头为起点到下接头拟合直线的平均长度Mean₁、下接头为起点到上接头拟合直线的平均长度Mean₂、接头平均长度Mean，以及接头伸长量；

步骤10，接头伸长判断。

本发明所述步骤8的计算钢丝绳芯输送带接头左右端最外侧长度的伸长量，计算方法如下：

钢丝绳芯输送带上接头离散点的集合记为U(x_i，y_i)(i＝0，1，2，…，n-1)，n为上接头离散点总数，下接头离散点的集合记为D(s_j，t_j)(j＝0，1，2，…，m-1)，m为下接头离散点总数，左端最外侧长度和右端最外侧长度分别记为L_左端、L_右端：

L_左端＝|x₀-s₀|，L_右端＝|x_n-1-s_m-1|

本发明所述步骤9求出上接头为起点到下接头拟合直线的平均长度Mean₁、下接头为起点到上接头拟合直线的平均长度Mean₂、接头平均长度Mean，以及接头伸长量，具体计算方法步骤如下：

步骤1，上接头离散点的集合U(x_i，y_i)中的各点作为起点向正方向作垂直线与下接头拟合直线的交点为M(s_k，y_i)，则上接头离散点的集合U(x_i，y_i)中的各点到下接头拟合直线的长度为L_MU＝|s_k-x_i|；

步骤2，求L_MU的平均值，得到上接头为起点到下接头拟合直线的平均长度Mean₁；

步骤3，下接头离散点的集合D(s_j，t_j)中的各点作为起点向正方向作垂直线与上接头拟合直线的交点为N(q_r，t_j)，则下接头离散点的集合D(s_j，t_j)中的各点到上接头拟合直线的长度为L_DN＝|s_j-q_r|；

步骤4，求L_DN的平均值，得到下接头为起点到上接头拟合直线的平均长度Mean₂；

步骤5，求Mean₁和Mean₂的平均值作为接头平均长度Mean

步骤6，计算同一条钢丝绳芯输送带X光图像的待检图像和参考图像接头平均长度Mean值的差值，得到接头伸长量。

本发明具有积极的效果：(1)本发明设计的接头伸长量计算方法高效且准确率高，能够有效应用于基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测***中；(2)本发明实现了X光钢丝绳芯输送带接头伸长的自动综合检测，有益于预防重大断带安全事故，能够有效提高生产效率，具有较大的应用价值。

附图说明

图1是本发明的整体方案流程图。

图2是X光钢丝绳芯输送带上下接头提取结果图。

图3是本发明提取上接头的实施过程图。

图4是某矿初始状态下的钢丝绳芯输送带接头X光图像，其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别是原始图、上下接头拟合直线斜率图、左右端最外侧长度图、到下接头的平均长度图、到上接头的平均长度图、接头平均长度图。

图5是图4所示接头在使用一段时间后采集的X光图像，其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别是原始图、上下接头拟合直线斜率图、左右端最外侧长度图、到下接头的平均长度图、到上接头的平均长度图、接头平均长度图。

具体实施方式

下面结合附图阐述发明内容的具体实施方式。

本发明的整体方案流程如图1所示，对钢丝绳芯输送带接头依次进行图像预处理、上下接头提取和接头伸长计算。

图2展示了X光钢丝绳芯输送带上下接头的提取结果。

图3展示了通过本发明所述方法提取某一钢丝绳芯输送带接头X光图像的上接头的实施过程，主要流程包括：

步骤1，对包含钢丝绳芯输送带完整接头的X光图像进行预处理后，采用Sobel算子进行边缘检测，之后再进行图像反相操作，使接头黑色端点变成白色端点，白色端点变成黑色端点，并将图像的梯度映射到0-255，如图3(a)所示；

步骤2，进行动态阈值处理，筛选出接头白色端点，如图3(b)所示；

步骤3，通过5×20矩形作为结构元素对进行形态学膨胀，再将相邻的接头白色端点连接在一起，如图3(c)所示；

步骤4，进行区域连通操作，把邻域内的8连通区域归为一个区域，使整块区域划分为多个独立的小区域，如图3(d)所示；

步骤5，根据宽度特征先去掉干扰区域(图3(d)中宽度较短的区域)，根据剩下区域中心横坐标依次为各连通区域编号1，2，3，再筛选出编号为1的区域，得到上边缘端点图像如图3(e)所示；

步骤6，将上边缘端点图像(图3(e))与阈值分割后的图像(图3(b))求交集得到上接头离散点，所有上接头离散点组成上接头整体轮廓，得到上接头图像如图3(f)所示；

同理，利用此方法可以实现对下接头的提取，筛选连通区域为编号3的区域，求交集得到下接头边缘端点，即下接头离散点，所有下接头离散点组成下接头的整体轮廓。

通过X光无损检测***采集X光接头图像，利用本发明所述方法对某矿的一个钢丝绳芯输送带接头长度计算，图4和图5分别展现了同一接头在使用一段时间前后的状态对比。主要包括上下接头拟合直线斜率、左右端最外侧长度、到下接头的平均长度、到上接头的平均长度、接头平均长度的计算和对比，判断钢丝绳芯输送带接头是否发生变化。对图4和图5进行对比可以发现，该接头在使用的这段时间发生了细微的变化，而对接头外表面观察或人工对X光图像观测均难以发现这一细微变化，说明了本发明对接头伸长检测有效性和可靠性。

测试表明，本发明可以快速、准确的自动检测钢丝绳芯输送带接头伸长状态，在基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测***中具有良好的使用价值。

最后需要指出的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1，对包含钢丝绳芯输送带完整接头的X光图像I进行预处理，通过直方图均衡化进行图像增强后，使用均值滤波进行降噪处理，得到图像A；

步骤2，对图像A采用Sobel算子进行边缘检测，再进行图像反相操作，使接头黑色端点变成白色端点、白色端点变成黑色端点，得到图像B；

步骤3，对图像B进行动态阈值处理，筛选出接头白色端点，得到图像C；

步骤4，对图像C进行形态学膨胀，得到图像D；

步骤5，对图像D进行区域连通操作，得到图像E；

步骤6，根据宽度特征去掉干扰区域，然后根据剩下区域的中心横坐标提取出上边缘端点图像E和下边缘端点图像G，图像E与图像C求交集得到上接头图像F、图像G与图像C求交集得到下接头图像H；

步骤7，对图像F中的上接头离散点和图像H中的下接头离散点，分别进行最小二乘直线拟合，得到上接头拟合直线和下接头拟合直线；

步骤8，计算钢丝绳芯输送带接头左右端最外侧长度的伸长量；

步骤9，求出上接头为起点到下接头拟合直线的平均长度Mean₁、下接头为起点到上接头拟合直线的平均长度Mean₂、接头平均长度Mean，以及接头伸长量；

步骤10，接头伸长判断。

2.如权利要求1所述的一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法，其特征在于所述步骤8的计算钢丝绳芯输送带接头左右端最外侧长度的伸长量，计算方法如下：

钢丝绳芯输送带上接头离散点的集合记为U(x_i，y_i)(i＝0，1，2，…，n-1)，n为上接头离散点总数，下接头离散点的集合记为D(s_j，t_j)(j＝0，1，2，…，m-1)，m为下接头离散点总数，左端最外侧长度和右端最外侧长度分别记为L_左端、L_右端：

L_左端＝|x₀-s₀|，L_右端＝|x_n-1-s_m-1| 。

3.如权利要求1所述的一种基于X光图像的钢丝绳芯输送带接头伸长自动检测方法，其特征在于所述步骤9求出上接头为起点到下接头拟合直线的平均长度Mean₁、下接头为起点到上接头拟合直线的平均长度Mean₂、接头平均长度Mean，以及接头伸长量，具体计算方法步骤如下：

步骤1，上接头离散点的集合U(x_i，y_i)中的各点作为起点向正方向作垂直线与下接头拟合直线的交点为M(s_k，y_i)，则上接头离散点的集合U(x_i，y_i)中的各点到下接头拟合直线的长度为L_MU＝|s_k-x_i|；

步骤2，求L_MU的平均值，得到上接头为起点到下接头拟合直线的平均长度Mean₁；

步骤3，下接头离散点的集合D(s_j，t_j)中的各点作为起点向正方向作垂直线与上接头拟合直线的交点为N(q_r，t_j)，则下接头离散点的集合D(s_j，t_j)中的各点到上接头拟合直线的长度为L_DN＝|s_j-q_r|；

步骤4，求L_DN的平均值，得到下接头为起点到上接头拟合直线的平均长度Mean₂；

步骤5，求Mean₁和Mean₂的平均值作为接头平均长度Mean

步骤6，计算同一条钢丝绳芯输送带X光图像的待检图像和参考图像接头平均长度Mean值的差值，得到接头伸长量。