一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法技术

本发明专利技术涉及一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法，包括：构建物料数学模型；图像重构；后期图像处理；图像分析。本发明专利技术基于太赫兹波时域光谱反射成像技术的无损检测方法对筒仓物料进行三维成像扫描，基于小波分解的图像融合方法应用于太赫兹波筒仓物料成像的后期图像处理，有效提高三维梯形图图像质量，并能清晰显示出筒仓内散料分布情况，物料流动性并提高检测水平，为下一步有针对性的尝试更多图像融合算法做铺垫，并验证图像融合算法的有效性，建立一套完整的适用于太赫兹筒仓物料扫描的评价体系，并对融合图像质量展开有效评估，建立良好的基础。建立良好的基础。建立良好的基础。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法


[0001]本专利技术涉及一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法，是一种应用于机械化自动装车站对装车物料进行实时监测的方法，是一种智能化煤炭装车站对筒仓中的煤炭储量数字化实时监测的方法。

技术介绍

[0002]目前料位测量始终是散装物料机械化装车自控行业的一大难题，物位测量无法有效解决。自动化工业原料大多是颗粒状物料，如原煤、铁矿石、煤矸石等，存放在物料安息角，也有反射界面，通常工况环境粉尘大，物料表面疏松，微波反射困难。
[0003]现有筒仓煤炭物料检测方式有重锤式煤位探测仪、激光雷达、应变式压力传感器以及超声波煤位检测装置，每种设备都有自身的不足与缺陷，重锤式煤位探测仪在使用中钢丝绳重锤传感器需要与物料有所接触，设备有被下落的物料掩埋的风险，而压力传感器是通过4—20mA电流输出检测仓壁微小形变量，进而判断筒仓内散料高度，当联体通道使用应变压力传感器时，缓冲仓物料高度受到外界侧应力牵引出现偏移，同时工况现场环境较恶劣，当装车站出现晃动物料吨位变化受到影响，若联体站使用应变压力传感器，本体称重仪表读数也会受到副站侧应力影响。激光雷达测量采用单点测量技术，对于表面凹凸不规则的固体物料而言，仅能测量某一个点的物料高度，而不能反映真实的整体物料堆积情况，测量误差不可避免，同时受到粉尘、低介电常数、物料安息角以及不规则物料表面粗糙度的影响，信号衰减、穿透能力减弱、回播丢失等导致物料测量结果不尽如人意。电容式物料探测装置在仓体较小的密闭空间内适合使用，在300吨及其以上的大筒仓容积范围内测量偏差大，且探头接触散料容易腐蚀损坏，维护成本较高。采用什么样的探测措施，使探测更加准确、清晰是一个需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法。所述的方法采用穿透力强、信噪比高的太赫兹波扫描，通过时域光谱反射技术进行三维扫描并使用小波分解图像融合方法，有效提高了煤炭筒仓储量的探测精度。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法，所述方法所使用的系统包括：至少两台安装在筒仓被测散料堆上方的太赫兹波扫描器，以及与太赫兹波扫描器连接进行图像处理的主控器；
[0006]所述方法的步骤如下：
[0007]步骤1，构建物料数学模型：太赫兹扫描器采用3～10KHz的低频脉冲对料堆扫描，在扫描周期内对物料堆体截取水平截面数据，截面形成xy坐标系二维曲面，建立数学模型：
[0008][0009]S
i
＝(H
‑
h
i
·
cosωi)
·
(h
·
sinωi
‑
h
·
sinωi
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0010]其中：h
i
为第i条扫描线对应物料堆积处的测距距离，S
i
是第i个截面面积，S是所有
截面面积之和；
[0011]物料堆体积通过纵向三维坐标积分得到：
[0012][0013]其中：A、B是截面与z轴相交上下限，S
I
是第I个物料截面所对应截面面积，最终求得物料储量：
[0014]M＝V
×
ρ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0015]其中：M为堆体储量；V为堆体体积；ρ为堆体密度；
[0016]步骤2，图像重构：在xy平面每一透射时域波形太赫兹时谱对比，对时域谱做傅里叶变换得到频域谱后得到频率f1—f2样品点平均吸收信息并对图像重构，像素点灰度值I
pixel
根据公式得出：
[0017][0018]其中：F
pixel
(f)为每个样品点通过空气信号THz频域谱上f处信号值；F
ref
(f)为参考点通过空气信号THz频域谱上f处信号值；
[0019]步骤3，后期图像处理：基于小波分解的图像融合方法应用于太赫兹波筒仓物料成像的后期图像处理，包括如下子步骤：
[0020]子步骤1，小波图像分解：将待融合图像分解至不同子频带上，在不同子频带分别进行融合处理；
[0021]通过对A与B图像P层小波分解，每幅图片得到3P+1个子频带，包含1个低频子带与3P个高频子带(细节系数)，实现图像小波塔形分解，低频信息集中在近似系数中，决定了图像的主要轮廓，而高频信息集中在细节系数中，决定了图像边缘。小波分解的作用是将待融合图像分解至不同子频带上，在不同子频带分别进行融合处理。
[0022]子步骤2，图像分带融合：图像A与B低频带融合，高频带进行融合，最终得到小波金字塔，保留两幅图像子频带相应互补与冗余信息，根据实际需要改变融合规则；
[0023]子步骤3，图像逆变融合：小波金字塔进行小波逆变换并得到融合图像；
[0024]步骤4，图像分析：对太赫兹波脉冲进行层析成像，所获取的光波强度变化并得到太赫兹波相位信息，通过傅里叶变换在频域范围内对物料折射率分析，得到相位
[0025][0026]其中：R为朗博—比尔定律公式；θ为太赫兹波旋转角度值；c表示空气中的光速，ω是频率，所得到的物料筒仓分布情况：
[0027]nω(x,y)＝fω(x,y)＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0028]其中：n为几何增长级数。
[0029]本专利技术的优点和有益效果是：本专利技术基于太赫兹波时域光谱反射成像技术的无损检测方法对筒仓物料进行三维成像扫描，基于小波分解的图像融合方法应用于太赫兹波筒仓物料成像的后期图像处理，有效提高三维梯形图图像质量，并能清晰显示出筒仓内散料分布情况，物料流动性并提高检测水平，为下一步有针对性的尝试更多图像融合算法做铺垫，并验证图像融合算法的有效性，建立一套完整的适用于太赫兹筒仓物料扫描的评价体系，并对融合图像质量展开有效评估，建立良好的基础。
附图说明
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0031]图1是本专利技术实施例所述方法所使用的系统示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例所述方法的流程图。
具体实施方式
[0033]实施例一：
[0034]本实施例是一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法，所述方法所使用的系统如图1所示。本实施例包括：至少两台安装在筒仓1被测散料堆2上方的太赫兹波扫描器3，以及与太赫兹波扫描器连接进行图像处理的主控器。本实施例所述方法主要针对储存煤炭的筒形仓中的料堆的探测。筒仓主体为圆柱形，下部为圆锥形，底部设有带有闸门的出料口，通常筒仓安装的位置通常高于载货的车辆4，如图1所示。筒仓下部的体积是确定，因此，需要解决的是筒仓内煤炭堆顶部随机产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹波煤炭筒仓物料扫描成像的方法，所述方法所使用的系统包括：至少两台安装在筒仓被测散料堆上方的太赫兹波扫描器，以及与太赫兹波扫描器连接进行图像处理的主控器；其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，构建物料数学模型：太赫兹扫描器采用3～10KHz的低频脉冲对料堆扫描，在扫描周期内对物料堆体截取水平截面数据，截面形成xy坐标系二维曲面，建立数学模型：S
i
＝(H
‑
h
i
·
cosωi)
·
(h
·
sinωi
‑
h
·
sinωi
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中：h
i
为第i条扫描线对应物料堆积处的测距距离，S
i
是第i个截面面积，S是所有截面面积之和；物料堆体积通过纵向三维坐标积分得到：其中：A、B是截面与z轴相交上下限，S
I
是第I个物料截面所对应截面面积，最终求得物料储量：M＝V
×
ρ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中：M为堆体储量；V为堆体体积；ρ为堆体密度；步骤2，图像重构：在xy平面每一透射时域波形太赫兹时谱对比，对时域谱做傅里叶变换得到频域谱后得到频率f1—f2样品点平均吸收信息并对图像重构，像素点灰度值I
pixel
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伯君，刘辉，栗伟，孙祖明，孙丁丁，崔义森，赵星杰，郝健男，温泽鹏，
申请(专利权)人：中煤科工智能储装技术有限公司，
类型：发明
国别省市：