基于DSP的煤矸石自動(dòng)分選系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　煤矸石是采煤過程中排放的固體廢物，是一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。在煤礦生產(chǎn)過程中，矸石分選是必要環(huán)節(jié)。目前，煤與矸石的分選主要采用人工或機(jī)械分選。但人工分選有勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低和影響工人健康等缺點(diǎn)；機(jī)械分選有嚴(yán)重污染環(huán)境、設(shè)備昂貴和精煤無(wú)法全部分選等缺點(diǎn)［1］。因此，需要一種先進(jìn)技術(shù)分選煤塊與矸石。數(shù)字圖像處理技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型技術(shù)。本文采用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為系統(tǒng)的核心處理器來(lái)提高運(yùn)算速度，研究利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)攝像機(jī)拍攝到的煤塊和矸石圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再根據(jù)模式識(shí)別技術(shù)，區(qū)分煤塊和矸石的圖像，實(shí)現(xiàn)了煤塊與矸石的實(shí)時(shí)自動(dòng)分選。該技術(shù)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕環(huán)境污染，提高了煤礦生產(chǎn)效率和選矸環(huán)節(jié)的智能化水平。
　　1 系統(tǒng)原理
　　煤塊與矸石具有不同的灰度與紋理。煤塊的顏色較黑，灰度級(jí)較低；矸石的顏色較淡，灰度級(jí)較高。根據(jù)煤塊與矸石的灰度分布不同，探討二者的分選問題。文獻(xiàn)［2］中的直方圖表示圖像中具有某種灰度級(jí)的像素的個(gè)數(shù)，反映圖像中每種灰度出現(xiàn)的概率，體現(xiàn)圖像的灰度范圍、灰度級(jí)的大致分布等情況［2］。因此，直方圖能反映出煤塊和矸石的灰度概率分布差異，即它們的灰度概率分布的均值和方差有差異。在計(jì)算機(jī)中，先保存標(biāo)準(zhǔn)樣品煤塊圖像和樣品矸石圖像的灰度概率分布的均值和方差，在識(shí)別時(shí)，將實(shí)際圖像的灰度概率分布的均值和方差與樣本相比，進(jìn)而判斷出圖像是煤塊圖像或矸石圖像。圖像處理過程如圖1所示。
　　
　　1.1 圖像預(yù)處理
　　由于煤塊與矸石自動(dòng)分選系統(tǒng)工作環(huán)境的煤粉塵較大，所以光線較弱，采集的圖像清晰度較低，邊緣突出性較差。必須對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，調(diào)整原始圖像的亮度和對(duì)比度，去掉系統(tǒng)在圖像采集時(shí)產(chǎn)生的脈沖噪聲和點(diǎn)狀噪聲，使原始圖像清晰、邊緣特征明顯，易于識(shí)別。中值濾波原理［2，3］是用一個(gè)含有奇數(shù)個(gè)像素的滑動(dòng)窗口，將窗口正中點(diǎn)的灰度值用窗口內(nèi)各點(diǎn)的中值代替。用窗口在圖像f（s，t）上掃描，則中值濾波器的輸出gmedian（x，y）為：
　　
　　中值濾波具有很強(qiáng)的消除孤立噪聲像素的能力，它不是簡(jiǎn)單的取均值，所以產(chǎn)生的模糊較少。即在保持圖像細(xì)節(jié)的同時(shí)，能去除噪聲。因此系統(tǒng)采用中值濾波。