一種用于煤巖識別的b-cdtm紋理特征提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于煤巖識別的B-⑶TM紋理特征提取方法，屬于煤巖識別技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤巖識別即用一種方法自動識別出煤巖對象為煤或巖。在煤炭生產(chǎn)過程中煤巖識 別技術(shù)可廣泛應(yīng)用于滾筒采煤、掘進(jìn)、放頂煤開采、原煤選矸石等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對于減少采掘 工作面工作人員、減輕工人勞動強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要的意 義
[0003] 目前，國內(nèi)外煤巖識別主要有以下兩類方法，第一種是煤層厚度的測量方法，通過 反饋的信息調(diào)整滾筒的高度，包括各種射線和電磁波，例如自然γ射線探測法、電磁波探 測法以及雷達(dá)探測法；另一種是煤和巖石界面的測量方法，通過采煤機(jī)自生的響應(yīng)來調(diào)整 滾筒高度，包括應(yīng)力截齒法、震動檢測法、紅外線檢測法等。以上各種方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)， 但都是采用傳感器進(jìn)行識別。一方面在不同的煤礦產(chǎn)區(qū)，需要選取不同的傳感器，并需要安 裝在不同的機(jī)器設(shè)備上；另一方面在煤炭開采環(huán)境中，傳感器本身容易出現(xiàn)故障和失靈的 情況，無疑都加大了人力和物力的浪費(fèi)。
[0004] 為解決上述問題，圖像技術(shù)越來越受到重視并研發(fā)了一些圖像技術(shù)的煤巖識 別方法，然而在已有的方法中，例如基于灰度共生矩陣（gray level co-occurrence matrix)方法，十字對角紋理矩陣（cross-diagonal texture matrix)方法，用來分析 圖像紋理的特點(diǎn).但是，此類方法都沒有實(shí)際考慮煤巖圖像識別的實(shí)時性，例如：煤礦 井下的采煤機(jī)需不間斷的工作，因此對于用于圖像技術(shù)進(jìn)行煤巖識別需考慮識別的實(shí) 時性。對于煤巖圖像識別中，分析圖像紋理特點(diǎn)消耗了大量的時間，為了解決該問題， B-CDTM(binary-cross-diagonal texture matrix)紋理特征提取方法，通過實(shí)驗(yàn)比較，相 比灰度共生矩陣方法，十字對角紋理矩陣方法，可以很好的改善煤巖識別的實(shí)時性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤巖識別的B-⑶TM紋理特征提取方法，該紋理 特征提取方法很好的解決了的煤巖圖像識別的實(shí)時性的要求，能夠快速方便的提取出煤巖 圖像的紋理特征，并且能夠?yàn)槊簬r識別提供準(zhǔn)確的識別信息，為自動化采掘提供必要的信 息。用以解決現(xiàn)有的煤巖識別實(shí)時性不足，浪費(fèi)人力物力的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是一種用于煤巖識別的B-CDTM紋理特征提取方 法，包括以下步驟：
[0007] (1)將煤巖樣本灰度圖像中的3X3的圖像塊的中心像素的八連通像素分為兩組， 每組4個元素，即一組為正十字線上的四相鄰像素和另一組對角線上的四相鄰像素；
[0008] (2)根據(jù)所在像素值與中心像素值相比較，兩組中每個元素分別取值0或1，即小 于中心像素的值則取〇,大于或者等于則取1 ;
[0009] (3)每組四個元素按照紋理單元值計算公式，獲得中心像素點(diǎn)的十字紋理單元值 和對角紋理單元值，這些單元值的取值范圍文〇--15之間的整數(shù)；
[0010] (4)計算圖像中除邊緣外的所有像素值的十字紋理單元值和對角紋理單元值，并 以十字紋理單元值為X坐邊和以對角紋理單元值為Y坐標(biāo)的矩陣的對應(yīng)元素值累加，得到 一個B-CDTM矩陣，
[0011] (5)基于B-⑶TM矩陣，計算大量統(tǒng)計特征，最終將這些統(tǒng)計特征當(dāng)做煤巖圖像的 紋理特征，構(gòu)造成特征向量。
[0012] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明所述的煤巖圖像的紋理特征的提取方法，步驟（3)中所述 的紋理單元值的具體計算公式如下：
[0013] 十字紋理單元值：.
[0014] 對角紋理單元值：
[0015] 其中五為3 x 3的圖像塊中正十字線上的四相鄰像素組中元素的取值，即為〇或 1 ;其中五卩為3X3的圖像塊中對角線線上的四相鄰像素組中元素的取值，即為0或1 ;
[0016] 進(jìn)一步地，根據(jù)上述步驟中：紋理單元值的具體計算公式中的的起始 位置的不同，可得到四種十字對角紋理矩陣：T1、!'2、!'3、!' 4。
[0017] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明所述的煤巖圖像的紋理特征的提取方法，所述的步驟（3) 中的十字紋理單元值用NB CTU表示，對角紋理單元值用ΝΒ _表示。
[0018] 本發(fā)明達(dá)到的有益效果：本發(fā)明所述的一種用于煤巖識別的Β-⑶ΤΜ紋理特征提 取方法，本發(fā)明在原始CDTM紋理特征提取方法的基礎(chǔ)上，將每組中每個像素的取值進(jìn)行二 值化，即取〇或者1，對于紋理單元值的計算公式進(jìn)行了改善，在保證原始CDTM紋理特征提 取方法的有效性的基礎(chǔ)上，并且達(dá)到了良好的實(shí)時性。因此，考慮到煤礦井下工作環(huán)境的需 求，本發(fā)明更加適用于煤巖識別的紋理特征提取方法。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的方法的步驟流程圖；
[0020] 圖2為⑶ΤΜ的方法的步驟流程圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明所述的4種十字對角紋理矩陣的構(gòu)造原理圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明所述的方法與⑶ΤΜ方法的效果比對圖；
[0023] 其中，圖3中，說明了通過該變每組各個元素的位置，得到的所有可能的十字紋理 單元與對角紋理單元的值；圖4,本發(fā)明所述的方法與CDTM方法的效果比對圖：分別使用 Β-CDTM與CDTM提取320張64X64的煤巖樣本灰度圖像的紋理特征，并采用SRC (Sparse Representation-based Classification)進(jìn)行分類，對紋理特征提取時間（s)，煤巖圖像識 別率（％ )進(jìn)行比對。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述；本發(fā)明的方案是一 種用于煤巖識別的B-CDTM紋理特征提取方法，包括以下步驟：
[0025] (1)如圖1所示，將煤巖樣本灰度圖像中的3X3的圖像塊的中心像素的八連通像 素分為兩組，每組4個元素，即一組為正十字線上的四相鄰像素和另一組對角線上的四相 鄰像素；
[0026] (2)如圖1所示，根據(jù)所在像素值與中心像素值相比較，兩組中每個元素分別取值 〇或1，即小于中心像素的值則取〇,大于或者等于則取1 ;
[0027] (3)如圖1所示，每組四個元素按照紋理單元值計算公式，獲得中心像素點(diǎn)的十字 紋理單元值和對角紋理單元值，這些單元值的取值范圍文0--15之間的整數(shù)；
[0028] (4)如圖1所示，計算圖像中除邊緣外的所有像素值的十字紋理單元值和對角紋 理單元值，并以十字紋理單元值為X坐邊和以對角紋理單元值為Y坐標(biāo)的矩陣的對應(yīng)元素 值累加，得到一個B-⑶TM矩陣，
[0029] (5)基于B-⑶TM矩陣，計算大量統(tǒng)計特征，最終將這些統(tǒng)計特征當(dāng)做煤巖圖像的 紋理特征，構(gòu)造成特征向量。
[0030] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明所述的煤巖圖像的紋理特征的提取方法，步驟（3)中所述 的紋理單元值的具體計算公式如下：
[0031] 十字紋理單元值：
[0032] 對角紋理單元值
[0033] 其中五e為3 X 3的圖像塊中正十字線上的四相鄰像素組中元素的取值，即為0或 1 ;其中五卩為3X3的圖像塊中對角線線上的四相鄰像素組中元素的取值，即為0或1 ;
[0034] 進(jìn)一步地，如圖3所示，根據(jù)上述步驟中：紋理單元值的具體計算公式中的 、五Λ的起始位置的不同，可得到四種十字對角紋理矩陣：T1、T2、T 3、T4。
[0035] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明所述的煤巖圖像的紋理特征的提取方法，所述的步驟（3) 中的十字紋理單元值用NB CTU表示，對角紋理單元值用ΝΒ _表示。
[0036] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明所述的煤巖圖像的紋理特征的提取方法，步驟（5)中所述 的紋理特征的具體計算過程如下：
[0037] a.將十字對角紋理矩陣Τ進(jìn)行歸一化處理，計算公式 其 中，Ta,b,。矩陣（i，j)對應(yīng)的值為T(i，j);

[0051] 〇·將得到的特征值組成特征向量 q = {F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10，F(xiàn)11， F12, F13};
[0052] p.將得到的特征向量歸一化，得到歸一化的特征向量Q ;
[0053] q.將分別得到每張煤巖圖像的十字對角紋理矩陣T1、T2、T 3、T4的特征向量Q \ Q2、 Q3、Q4。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于煤巖識別的B-CDTM紋理特征提取方法，其特征在于，所述的紋理特征提取 方法包括如下步驟： (1) 將煤巖樣本灰度圖像中的3X3的圖像塊的中心像素的八連通像素分為兩組，每組 4個元素，即一組為正十字線上的四相鄰像素和另一組對角線上的四相鄰像素； (2) 根據(jù)所在像素值與中心像素值相比較，兩組中每個元素分別取值O或1，即小于中 心像素的值則取〇,大于或者等于則取1 ; (3) 每組四個元素按照紋理單元值計算公式，獲得中心像素點(diǎn)的十字紋理單元值和對 角紋理單元值，這些單元值的取值范圍為0--15之間的整數(shù)； (4) 計算圖像中除邊緣外的所有像素值的十字紋理單元值和對角紋理單元值，并以十 字紋理單元值為X坐邊和以對角紋理單元值為Y坐標(biāo)的矩陣的對應(yīng)元素值累加，得到一個 B-CDTM 矩陣， (5) 基于B-CDTM矩陣，計算大量統(tǒng)計特征，最終將這些統(tǒng)計特征當(dāng)做煤巖圖像的紋理 特征，構(gòu)造成特征向量。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種用于煤巖識別的B-CDTM紋理特征提取方法，其特征在于所述 步驟（3)中的四個元素的紋理單元值的計算公式是：其中五為3X3的圖像塊中正十字線上的四相鄰像素組中元素的取值，即為0或1 ; 其中五^為3X3的圖像塊中對角線線上的四相鄰像素組中元素的取值，即為0或1。3. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種用于煤巖識別的B-CDTM紋理特征提取方法，其特征在與所述 的步驟（3)中的十字紋理單元值用Nbctu表示，對角紋理單元值用N bdtu表示。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于煤巖識別的B-CDTM紋理特征提取方法，步驟一，將煤巖樣本灰度圖像的3×3的圖像塊的中心像素的八連通像素分為兩組，每組4個元素；步驟二，根據(jù)所在像素值與中心像素值相比較，兩組中每個元素分別取值0或1；步驟三，獲得中心像素點(diǎn)的十字紋理單元值和對角紋理單元值；步驟四，以十字紋理單元值為X坐邊和以對角紋理單元值為Y坐標(biāo)的矩陣的對應(yīng)元素值累加，得到一個B-CDTM矩陣；步驟五，基于B-CDTM矩陣，計算大量統(tǒng)計特征，構(gòu)造成特征向量。本發(fā)明通過改善原始CDTM的構(gòu)造方式，使得提取煤巖圖像的紋理特征的速度更加快捷，使得煤巖圖像識別的實(shí)時性得到很好的改善。
【IPC分類】G06K9/46
【公開號】CN105354577
【申請?zhí)枴緾N201510695903
【發(fā)明人】孫繼平, 楊坤
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月26日