Современные информационные технологии/ 1. Компьютерная инженерия

К.т.н. Корниенко В.И., Бондаренко А.А.

Национальный горный университет, Украина

Обработка изображений в телекоммуникационной системе мониторинга горнорудного производства

Более половины основных затрат в себестоимости горнорудных предприятий занимают процессы дробления и измельчения руды (рудоподготовка). Поэтому актуальным является повышение эффективности рудоподготовки, например, путем оперативного контроля ее основного технологического показателя – гранулометрического состава руды. Контроль осуществляется телекоммуникационной системой мониторинга с определением грансостава по оптическому изображению поверхности руды [1].

Система мониторинга реализуется с использованием видеозаписывающих устройств (ВЗУ) Advantech VBOX-3200 и промышленных видеокамер (ВК) Advantech VBOX-3900. Элементы системы связаны сетью Ethernet, что обеспечивает доступ к видеоинформации на основе различных технологий: модема, ADSL, ISDN, спутниковой связи и Internet.

Алгоритм обработки видеоизображений в системе включает:

- формирование изображения;

- кодирование – передача – прием – декодирование;

- обработку изображений на приемнике, включающую подавление шума, повышение контраста, сегментацию, бинаризацию с очисткой изображения и вычисление гранулометрического состава руды.

Формирование изображений. Система включает до 10 ВЗУ, к каждой из которых может подключаться до 16 ВК. Темп записи от 25 до 480 кадров в секунду видеостандартов NTSC/PAL.

Кодирование и передача. Серия Advantech VBOX-3200 реализует алгоритм сжатия MPEG-4, использующий для кодирования структурных и статических изображений дискретное вейвлет преобразование (ДВП).

После преобразования выполняется квантование коэффициентов. Обратное ДВП реализуется в обратном порядке.

Метод сжатия на основе MPEG-4 обладает следующими преимуществами:

- сжатие как с потерями, так и без них;

- устойчив к ошибкам, возникающим при передаче изображения по сети;

- из одного кодового потока могут быть декодированы изображения с различным пространственным разрешением (масштабируемость разрешения).

При этом сжатии размер кадра составляет 2-4 Кбайт (разрешение 320х240).

Обработка изображений. На приемной стороне предлагается из видеопотока периодически выделять и обрабатывать кадры изображения в соответствии со следующими операциями.

Подавление шума. Вследствии наличия промышленного оборудования большой единичной мощности преобладающими являются импульсные помехи, для подавления которых используется медианная фильтрация.

Повышение контраста изображения осуществляется при помощи метода локального растяжения. Для каждого элемента изображения ищут наибольшее и наименьшее значения яркости. Затем яркость этого элемента умножается на коэффициент деформации, равный отношению разности наибольшего и наименьшего к максимальному значению диапазона яркостей.

Выбор этого метода обусловлен относительной простотой и небольшими вычислительными затратами.

Сегментация. Для выделения границ элементов изображения в системе предлагается использовать градиентные методы. Наиболее эффективными из них представляются алгоритмы Собела и Кенни (вычисление лапласиана гауссиана), а также водораздела [2].

Бинаризация с очисткой. После сегментации изображения выполняется его бинаризация, т.е. преобразование полутонового изображения в бинарное. Целью операции является разделение элементов изображения и фона по двум уровням яркости. Для чего наиболее эффективным является использование локального порога, адаптивного к яркости участков изображения [2].

Получаемое бинарное изображение имеет шумы внутри элементов, для очистки которых используются логические алгоритмы обработки [1] или свертка изображений с различными порогами бинаризации [2].

Вычисление грансостава. На этом этапе обработки описываются геометрические характеристики частиц. Площадь отдельной частицы определяется количеством составляющих его единичных элементов (пикселей изображения). По площадям частиц определяются коммулятивные (остаток на сите) и дифференциальные кривые гранулометрического состава с их усреднением по обработанным кадрам изображения.

Выводы. Предлагаемая телекоммуникационная система мониторинга решает задачу оперативного контроля гранулометрического состава руды на различных этапах ее переработки.

В результате моделирования установлено, что предлагаемый алгоритм обработки кадров изображения обеспечивает относительную погрешность определения площади элементов изображения менее 1 %, а погрешность определения гранулометрического состава по сравнению с прямым ситовым методом составляет 3-6 % относительных, что удовлетворяет технологическим требованиям.

Литература:

1. Корнієнко В.І. Логічні алгоритми обробки бінарних зображень в оптичному гранулометрі дроблених матеріалів// Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2006. – № 11. – С. 89-90.

2. MathWorks Release 14. MATLAB 7. – http: www. mathworks.com/ products/new_products/R14_transition. html.