[发明专利]一种基于激光雷达空洞率的待测矿石识别装置及方法

说明书

本公开的基于激光雷达空洞率的待测矿石识别装置及方法，通过湿水喷雾模块向待测矿石表面均匀喷洒水雾；激光雷达模块获取待测矿石的含有空洞的激光点云数据，经数据传输模块传输到数据处理模块；数据处理模块对待测矿石的含有空洞的激光点云数据进行预处理后，重建含有待测矿石空洞率的激光雷达图像，基于含有待测矿石空洞率的激光雷达图像构建待测矿石识别卷积神经网络模型；信息识别模块提取含有待测矿石空洞率的激光雷达图像的空洞率特征和纹理特征，将空洞率特征和纹理特征输入到待测矿石识别卷积神经网络模型得到待测矿石识别结果。能够基于待测矿石空洞率的差异性、提取识别准确度，适用性强，实时性好。

技术领域

本公开属于光电检测技术领域，特别是涉及到一种基于激光雷达空洞率的待测矿石识别装置及方法。

背景技术

我国是煤炭产能大国，2019年全国原煤产量为38.5亿吨。虽然近年来在煤矿智能化分选方面有了许多新的智能化分选方式替代传统的人工分选，如高清相机成像法、射线分选法、浮选法等，但是这些方法都有一定的不足，如高清相机成像法易受外界影响，对光源的均匀性有较高的要求，受震动、粉尘等影响也较大，实际生产环境中待区分的煤矸石表面往往覆盖着煤粉等，对高清相机的识别造成一定困难；射线分选法虽然对较小的煤块(例如30-100mm)有不错的识别率，但对大块煤矸石由于射线不能完全穿透，识别效果不佳，且射线辐射大，对操作人员的身体健康危害大；浮选法需要大量的水资源、对水资源的浪费较大。高清相机成像法、射线分选法、浮选法等矿石识别方法适用性较差、且实时性不好。

激光雷达向待测矿石发射激光光束，激光光束返回时会携带待测矿石的距离信息和反射率信息等。当激光光束照射到待测矿石表面发生反射，会有一部分的激光能量被吸收，未被吸收的部分能量被反射，比如黑体，能够吸收全部的激光束，不会有反射和透射。

对于不同的待待测矿石而言，由于颜色的深浅不同，对激光光束的吸收程度不同，例如激光束可能会被完全吸收或返回的激光束能量太弱不能被激光雷达接收器所探测，造成数据的缺失；例如待测矿石表面呈鳞片状纹理或层状结构易形成类镜面结构，激光光束会被全反射，使反射的激光束脱离激光雷达接收器的接收范围，导致激光雷达对待测待测矿石数据采集信息的缺失。在对待测待测矿石重建图还原时，缺失的部分数据反应为黑色的空洞。然后，将单块待测矿石的缺失数据与待测矿石的的完整数据之比成为待测矿石的空洞率。

图1示出了现有技术中煤和煤矸石表面湿水后的类镜面结构示意图。实验发现煤块通常由于颜色更深对激光光束的吸收更多，接近于黑体的概念，表面呈鳞片状纹理，及层状结构导致煤块的空洞率相对较高；而煤矸石颜色较浅对激光光束吸收较少，表面相对光滑平整没有明显的物理纹理结构，空洞率相对较低。当煤表面有水分时，煤表面的复杂纹理结构在湿水后形成更多的类镜面结构如图1右侧图所示，其空洞率大大增加。煤矸石表面相对光滑，在湿水后空洞率基本无变化如图1左侧所示。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种基于激光雷达空洞率的矿石识别装置及方法，能够基于待测矿石空洞率的差异性、提取不同待测矿石的空洞率特征、纹理特征等使矿石识别精度达到毫米级，识别准确度高，适用性强，实时性好，且能够精确识别易受灰尘覆盖、灰度相近的矿石及湿水后导致激光数据缺失的矿石。

根据本公开的一方面，提出了一种基于激光雷达空洞率的矿石识别装置，所述装置包括：湿水喷雾模块、激光雷达模块、数据传输模块、数据处理模块、成像模块和信息识别模块；

其中，所述湿水喷雾模块，用于向待测矿石表面均匀喷洒水雾；

所述激光雷达模块，用于获取所述待测矿石的含有空洞的激光点云数据，并将所述待测矿石的含有空洞的激光点云数据经数据传输模块传输到数据处理模块；

数据处理模块，用于对所述待测矿石的含有空洞的激光点云数据进行预处理后，重建含有待测矿石空洞率的激光雷达图像，基于所述含有待测矿石空洞率的激光雷达图像构建待测矿石识别卷积神经网络模型；