Разработка цифровой модели оценки трещиноватости и фракционного состава углей на основе их изображений

• Автор: Макеев, Максим Павлович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Методы фильтрации и анализа цифровых изображений

1.2. Методы оценки физико-механических свойств углей

1.3. Выводы по главе

Глава 2. Разработка алгоритмического обеспечения метода ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА СТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ УГЛЕЙ
2.1. Применение системы компьютерного моделирования для обработки оптических изображений

2.2. Разработка алгоритма определения поверхностной площади следов трещин

2.3. Разработка методики исследования степени трещиноватости на оцифрованных изображениях трещин
2.4. Разработка обобщенной модели образов углей с учетом алгоритма распознавания систем трещин на основе преобразования Фурье

2.5. Выводы по главе

Глава 3. Применение алгоритма распознавания образов трещин для оценивания свойств реальных объектов
3.1. Анализ трещиноватости угольных пластов в окрестности горных выработок
3.2. Оценка трещинной проницаемости
3.2.1. Определение проницаемости угольного пласта
3.2.2. Анализ трещинной проницаемости аншлиф-штуфов углей
3.3. Выводы по главе
Глава 4. Разработка методики экспресс-анализа ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ
4.1. Разработка алгоритма определения гранулометрических параметров
4.2. Применение алгоритма определения процентного содержания гранул в пробе угольной шихты
4.3. Выводы по главе
Заключение
Список ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение
Приложение

Для повышения эффективности процессов угледобычи и углепереработки существенное значение имеет совершенствование методов анализа и испытания углей. Некоторые важнейшие физикомеханические свойства углей могут быть определены путем анализа снимков угольной массы или изображений аншлиф-брикетов, полученных с помощью оптических и оптико-электронных систем. Так, например, по коэффициенту отражения света витринитом и цвету угля определяют степень его метаморфизма, а по степени оптического увеличения определяют фракционный состав шихты в технологических процессах обогащения углей. Основным фактором, определяющим газопроницаемость углей, является трещиноватость, которая характеризуется суммарной длиной, величиной раскрытия трещин и углом их наклона относительно напластования. Измерения этих параметров, проводимые с помощью оптических приборов, весьма трудоемки.
Развитие компьютерных технологий и современных программноаналитических комплексов позволило разработать цифровые методы анализа оптических изображений угольных образцов с использованием систем автоматического или автоматизированного распознавания образов, обеспечивающих обработку информации в реальном масштабе времени с достаточной степенью точности. Однако основным недостатком применяемых в настоящее время автоматических методов является то, что в случае некачественного исходного снимка за значимую информацию принимаются дефекты на изображении (ошибки распознавания второго рода), что значительно снижает достоверность получаемых результатов. При этом качество исходных снимков определяется в основном низкой контрастностью, недостаточной резкостью, зашумленностью и размытостью изображений. К недостаткам автоматизированных методов можно отнести необходимость субъективного выбора качества исходного изображения оператором, что приводит к увеличению количества снимков и затрат времени на обработку исходной информации.
В связи с этим, разработка цифровой модели для оценки трещиноватости и фракционного состава углей на основе их изображений, позволяющей выделять информационно-значимые объекты и оценивать структурные и фильтрационные свойства углей, является актуальной научной задачей.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР Института угля и углехимии СО РАН на 2004-2006 гг. (Проект 25.2.4: «Экспериментально-аналитические основы механики газоводоносных геоматериалов», этап 2004 г. «Методика наблюдений для определения параметров и разработка модели напряженно-деформированного и газового состояния массива горных пород»).
Целью работы является разработка цифровой модели для оценки структурных свойств и фракционного состава углей на основе бинаризации их оптических изображений.
Идея работы заключается в выявлении характерных свойств объекта на его цифровом изображении путем последовательной математической фильтрации специфических областей помех, соответствующих так называемым «пятнам», «бликам» и «включениям».
Задачи исследований:
- обосновать алгоритм обработки изображений аншлиф-штуфов углей, устраняющий помехи на основе априорной информации о трещиноватости исследуемого образца;

Рис. 2.3. Основные типы помех и вид объекта на изображениях аншлиф-штуфов углей для образца угля с явно выраженными трещинами
При получении исходного снимка угольного образца на его изображении в большинстве случаев появляются блики, для устранения которых можно использовать фильтры, основанные на заполнении зоны с высокой яркостью средним значением этого показателя другой зоны.
Разработанный алгоритм обработки оптических образов трещин, заключающийся в наложении на оцифрованное изображение типовых и специально разработанного фильтров, реализованных с использованием 1РТ интегрированной системы МаНаЬ:
• выравнивание фона;
• контрастирование изображения;
• приведение интенсивности изображения к бинарному виду;
• подавление шума;
• выделение и распознавание трещин.