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基于GAN网络的煤岩图像样本生成方法

煤炭学报 2021年第9期46卷 3066-3078页

作者：王星高峰陈吉郝鹏程荆正军辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105 神东煤炭集团公司寸草塔一矿内蒙古鄂尔多斯017205 阜新煤矿集团恒大煤矿辽宁阜新123002

煤矿智能化要求实现智能化开采,其中煤岩识别是实现无人化开采的核心技术之一,近年来基于图像的煤岩识别方法受到广泛关注。受采掘环境影响导致图像获取困难是制约煤岩图像识别的主要因素之一,针对煤岩图像数据短缺的问题提出解决方法... 详细信息

煤矿智能化要求实现智能化开采,其中煤岩识别是实现无人化开采的核心技术之一,近年来基于图像的煤岩识别方法受到广泛关注。受采掘环境影响导致图像获取困难是制约煤岩图像识别的主要因素之一,针对煤岩图像数据短缺的问题提出解决方法并增加数据量,基于在单张图像上训练的生成式对抗网络提出Var-ConSinGAN模型并构建样本生成与特征迁移框架。ConSinGAN模型生成的图像虽然清晰但对于煤岩图像生成来说仍然缺少多样性,改进模型的训练方式和图像重构方法可提高生成煤岩图像的多样性。模型采用金字塔结构,使用多阶段训练方法,每个阶段训练不同尺度的图像,可以生成任意数量图像。在模型中提出了新的图像尺寸变换方法用来生成分辨率不同的重构图像,同时采用曲线函数使每一阶段的迭代次数逐步增加,之后对第1阶段用单张图像生成的结果使用基于辅助分类器的条件生成式对抗网络进行特征迁移。新图像重建方法保持重建图像高分辨率阶段的密度大于低分辨率阶段的密度,新训练迭代函数在减少模型学习图像结构的次数的同时增加模型学习图像纹理细节的次数。新的训练迭代函数可以减少模型迭代的总次数,从而减少模型训练时消耗的计算资源。模型需要输入一张符合正态分布的噪声图片,经过训练,生成器输出满足真实图像分布的生成样本。实验在500张煤岩图像上进行,每张图像生成400张仿真图像,并使用SSIM指标对生成图像的亮度、对比度、结构等3方面进行测评。其中结构性强的煤岩图像其SSIM指标值很低,反之,结构性弱的煤岩图像其SSIM指标值较高。根据实验结果可得结论:Var-ConSinGAN模型缓解了原始GAN在数据不足时无法训练和ConSinGAN生成的煤岩图像具有明显“边框”感且多样性不足的问题;Var-ConSinGAN与ConSinGAN相比模型性能提高了13.8%;特征迁移的实验结果显示不同种类的煤岩之间学习到了彼此没有的特征;增加了煤岩图像数据量。

关键词：样本生成煤岩图像生成式对抗网络煤岩识别特征迁移

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基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别方法

煤炭学报 2016年第12期41卷 3190-3196页

作者：伍云霞田一民中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

现今的煤岩图像识别方法取得了一些阶段性的成果,但还无法满足实际需求。为了挖掘新的煤岩图像识别方法,研究了基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别技术,提出用字典学习算法提取煤岩图像特征。字典学习算法采用随机选择的方法对字典... 详细信息

现今的煤岩图像识别方法取得了一些阶段性的成果,但还无法满足实际需求。为了挖掘新的煤岩图像识别方法,研究了基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别技术,提出用字典学习算法提取煤岩图像特征。字典学习算法采用随机选择的方法对字典进行初始化和更新。结合分类算法对煤岩图像进行分类识别,结果表明:通过字典学习,能简单有效表达煤岩图像的特征信息,获得了较高的识别率,且该特征提取方式具有较好的发展前景。研究结果可为煤岩界面的自动识别提供新的思路和方法。

关键词：字典学习煤岩图像特征提取煤岩识别

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基于二维伽马函数的煤岩图像照度校正

黑龙江科技大学学报 2023年第1期33卷 24-31页

作者：秦涛王乐清韩偲黑龙江科技大学黑龙江省普通高校采矿工程重点实验室哈尔滨150022

为校正由多光源及聚光造成煤岩图像的不均匀光照,减小煤岩图像数据受干扰程度,利用实验模拟井下光照现象,分析不同光照下煤岩图像亮度变化趋势,通过Retinex和引导滤波理论计算图像的照度分量,在HSV色彩模型下保持色彩和饱和度分量不变,... 详细信息

为校正由多光源及聚光造成煤岩图像的不均匀光照,减小煤岩图像数据受干扰程度,利用实验模拟井下光照现象,分析不同光照下煤岩图像亮度变化趋势,通过Retinex和引导滤波理论计算图像的照度分量,在HSV色彩模型下保持色彩和饱和度分量不变,给出结合改进的二维伽马函数对亮度分量的二次校正算法。结果表明,与CLAHE、Retinex算法比较,文中算法在不均匀光照下,煤岩样原直方图整体亮度分量数据分别从[0.05,0.95]校正至[0.2,0.55],从[0.1,0.8]校正至[0.3,0.65],分别改善了不均匀光照的影响,较好地保持原有色彩。

关键词：煤岩图像不均匀光照二维伽马函数二次校正

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煤岩图像裂缝检测算法研究

煤岩图像裂缝检测算法研究

作者：凡宝荣江南大学

学位级别：硕士

近年来，能源短缺成为世界关注的焦点。优质能源的开发越来越受到各个国家的重视。我国煤层气资源丰富，居世界第三位。每年在采煤的同时可排放130多亿立方米的煤层气。煤层气是一种优质能源，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混... 详细信息

近年来，能源短缺成为世界关注的焦点。优质能源的开发越来越受到各个国家的重视。我国煤层气资源丰富，居世界第三位。每年在采煤的同时可排放130多亿立方米的煤层气。煤层气是一种优质能源，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气。煤层气的用途非常广泛，可以作为民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料等。煤层气俗称“瓦斯”，如果在开采煤炭时不能及时抽取煤层气可能导致爆炸事故，当煤层气在空气中的浓度达到5%-16%时，遇到明火就会爆炸。如果把煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。因此煤层气开采具有巨大的意义：一是可以改善能源结构，增加洁净的气体能源;二是可以改善煤矿的生产环境，减少煤矿事故的发生，提高经济效益;三是可以有效的减少温室气体的排放，改善大气环境。煤岩裂缝检测是帮助煤层气开采的有效手段，准确地检测出煤岩图像的裂缝对进一步开采煤层气有着重要的作用。论文工作的创新点主要体现在如下： 1）提出了一种结合模糊增强和模糊形态学的煤岩图像裂缝检测算法。煤岩图像噪声多、背景复杂，要想准确地检测出煤岩图像的裂缝边缘必须对图像进行预处理，即图像增强。通过基于滑动窗口的自适应模糊增强和多层次模糊增强可以有效的拉大裂缝边缘与背景的灰度差，同时可以有效的抑制噪声，为下面进一步检测煤岩裂缝提供便利。多方向模糊形态学可以有效的抑制噪声，准确地检测出煤岩裂缝。实验结果表明，该算法可以有效的提取出裂缝边缘，同时有效的抑制噪声。 2）提出了一种结合多结构元形态学和SOM神经网络的煤岩图像裂缝检测方法。多结构元形态学边缘检测算法具有很好的抗噪声能力，可以有效的检测出煤岩图像中的所有边缘。但是煤岩图像由于其复杂的背景，检测结果中不但有裂缝边缘还有非裂缝边缘。SOM神经网络是一种自组织的无监督的神经网络，不像BP神经网络那样要预先指定输出结果，可以实现自动分类。先对检测到的二值图像进行区域标记，然后计算出所有边缘的特征参数，把计算出的特征参数结果作为SOM神经网络的输入，可以自动对裂缝进行分类，最终得到煤岩图像的裂缝边缘。实验结果表明该方法可以准确地检测出煤岩图像的裂缝边缘。

关键词：煤层气煤岩图像裂缝检测模糊增强模糊形态学多结构元形态学 SOM分类

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一种煤岩图像特征提取与识别方法

工矿自动化 2017年第5期43卷 1-5页

作者：孙继平杨坤中国矿业大学(北京) 北京100083 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

提出了一种基于二进制十字对角纹理矩阵的煤岩图像特征提取与识别方法。该方法首先提取煤岩图像的二进制十字对角纹理矩阵,然后利用二进制十字对角纹理矩阵的角二阶矩能量、相关性、方差、逆差矩、熵、和熵、差熵、和均值、对比度、惯... 详细信息

提出了一种基于二进制十字对角纹理矩阵的煤岩图像特征提取与识别方法。该方法首先提取煤岩图像的二进制十字对角纹理矩阵,然后利用二进制十字对角纹理矩阵的角二阶矩能量、相关性、方差、逆差矩、熵、和熵、差熵、和均值、对比度、惯性矩及相关信息测度构造煤岩图像的特征向量,最后结合稀疏表示进行煤岩图像分类识别。实验结果表明,与基于十字对角纹理矩阵的图像特征提取与识别方法相比,该方法具有更好的煤岩识别效果,平均识别率达94.38%,且单幅图像特征提取时间大幅降低,提高了煤岩识别的实时性。

关键词：煤岩识别煤岩图像特征提取二进制十字对角纹理矩阵稀疏表示

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图像降噪的煤岩识别应用

科学技术创新 2020年第9期 28-29页

作者：龚国强谷鑫中国矿业大学(北京) 北京100083

煤岩图像识别是实现煤矿井下采煤工作面无人化的基础,为解决煤矿井下煤岩图像识别问题,本文研究了将收集到的煤岩图像模拟不同程度粉尘的影响,运用噪声均值滤波算法进行处理。实验结果表明:噪声均值滤波算法能实现一定程度上的图像去噪。

关键词：图像降噪煤岩图像

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基于LBF改进模型的煤岩细观结构研究

煤炭学报 2015年第2期40卷 331-341页

作者：孙传猛曹树刚李勇重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044

为了准确全面地获取灰度不均匀的煤岩图像的细观结构信息,引进了基于LBF模型的图像处理方法,并针对其处理灰度不均一图像效率低和分割结果依赖于初始轮廓位置和大小的缺点,分别引入图像增强算子和规范初始水平集函数进行改进。通过对煤... 详细信息

为了准确全面地获取灰度不均匀的煤岩图像的细观结构信息,引进了基于LBF模型的图像处理方法,并针对其处理灰度不均一图像效率低和分割结果依赖于初始轮廓位置和大小的缺点,分别引入图像增强算子和规范初始水平集函数进行改进。通过对煤岩的3种不同图像进行灰度化、图像分割、形态学处理,获得了高质量的煤岩细观结构二值图像,并分析了各细观参数的统计规律。试验结果表明,基于LBF改进模型的图像处理方法能有效处理灰度不均匀的煤岩图像,获得的细观结构信息可为数值模拟煤岩试件提供真实的几何模型,为煤岩细观损伤力学分析提供可靠的技术支持。

关键词： LBF改进模型煤岩图像细观结构图像分割

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一种煤矿瓦斯抽放孔探测装置的设计

煤矿安全 2018年第4期49卷 89-91页

作者：王续明徐斌何伟谢桂仁华北科技学院机电工程学院河北三河065201 国电承德华御新能源有限公司河北承德068450 TCL瑞智制冷设备有限公司广东惠州516006

煤层瓦斯预抽放是解决矿井瓦斯灾害行之有效的措施,由于瓦斯抽放孔深度大、孔内条件恶劣,所以很难用普通的方法检测其有效深度和孔内状况。为快速准确地测出瓦斯抽放孔的参数,开发了一种在瓦斯抽放孔内行走兼具测量与勘察的探测装置,对... 详细信息

煤层瓦斯预抽放是解决矿井瓦斯灾害行之有效的措施,由于瓦斯抽放孔深度大、孔内条件恶劣,所以很难用普通的方法检测其有效深度和孔内状况。为快速准确地测出瓦斯抽放孔的参数,开发了一种在瓦斯抽放孔内行走兼具测量与勘察的探测装置,对瓦斯抽放孔的几何特性、煤岩图像和瓦斯浓度等参数进行直接测量,从而为优化钻机参数、提高钻孔质量、保证瓦斯抽放效果提供重要依据。

关键词：瓦斯抽放孔瓦斯浓度煤岩图像探测装置机器人