一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法与系统

本申请属于矿物加工，具体涉及一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法与系统。

背景技术：

1、随着矿产资源开采规模不断扩大，矿石品位持续下降，在破碎、磨矿等高能耗工序之前进行预选抛废，已成为提高资源利用率和降低选矿成本的重要手段。近年来，基于微波加热与红外热成像的非接触式矿石分选技术受到广泛关注。该技术利用不同矿物组分介电特性的差异，在微波辐照下产生差异化热响应，再通过红外热成像采集矿石表面的温度分布，据此判断矿石品位或矿废属性，从而实现早期抛废。

2、然而，现有基于单一红外热成像的矿石分选方法在实际应用中存在固有局限。首先，红外热图像中矿石颗粒的边缘因几何厚度薄、散热速率高而呈现温度偏低现象，导致边缘辐射强度非均匀衰减，难以形成清晰锐利的轮廓边界，影响对矿石真实空间占据区域的准确定位。其次，在多颗粒连续输送场景下，相邻矿石颗粒相互接触或粘连后，在红外图像中表现为热区连通，使得单颗粒边界难以区分，进而造成目标识别与定位的偏差。另外，部分矿石散体对微波能量吸收能力较弱，在相同加热条件下升温幅度有限，导致其红外热图像中的温度特征不明显。当该类颗粒与输送带、辐射板等背景区域温度接近时，目标与背景之间的热对比度降低，红外图像信噪比较低，易造成矿石目标与背景难以区分。

3、上述问题制约了红外热成像技术在复杂工况下的分选精度与运行稳定性。

4、针对上述缺陷，本领域亟需一种能够精准获取矿石几何边界、有效分离粘连颗粒，并实现待分选目标高精度定位的分选方法本领域亟需一种能够准确获取矿石几何边界并有效分离粘连颗粒的矿石分选方法，以提升微波加热红外检测路线的识别可靠性和工程实用性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法与系统，可以有效解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，包括以下具体步骤：

4、将待分选矿石进行给料与单层化输送，形成单层离散颗粒流；

5、通过微波加热装置对所述单层离散颗粒流进行微波辐照加热，使不同矿物组分基于介电特性差异产生差异化热响应；

6、通过共孔径双模成像装置同步采集加热后矿石散体的可见光图像和红外热图像；

7、对所述可见光图像进行图像处理，提取矿石散体的轮廓边界，并根据所述轮廓边界生成二值目标掩膜，所述二值目标掩膜用于表征矿石散体在可见光图像中的真实空间占据区域；

8、将所述二值目标掩膜与所述红外热图像进行融合，通过所述二值目标掩膜对所述红外热图像进行空间约束，仅保留所述红外热图像中与所述真实空间占据区域对应的温度信息；

9、基于约束后保留的所述温度信息，提取每个矿石颗粒的温度特征，并根据所述温度特征对每个矿石颗粒进行矿废属性判别；

10、根据矿废属性判别结果，对每个矿石颗粒进行位置跟踪与分选执行控制。

11、一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选系统，包括：

12、矿石给料与单层化输送子系统，用于将待分选矿石处理为单层离散颗粒流并输送；

13、微波加热装置，设置于所述矿石给料与单层化输送子系统的输送路径上，用于对所述单层离散颗粒流进行微波辐照加热，使不同矿物组分产生差异化热响应；

14、共孔径双模成像装置，设置于所述微波加热装置的下游检测区域，用于同步采集加热后矿石散体的可见光图像和红外热图像，所述共孔径双模成像装置包括可见光成像单元、红外热成像单元、共孔径前端光学系统、分光元件和同步触发单元；

15、图像采集处理与分选控制系统，分别与所述共孔径双模成像装置和所述矿石给料与单层化输送子系统连接，用于接收所述可见光图像和所述红外热图像，执行图像处理、边界提取、掩膜生成、图像融合、温度特征提取和矿废属性判别；

16、气动排料装置，设置于所述共孔径双模成像装置的下游，与所述图像采集处理与分选控制系统连接，用于根据矿废属性判别结果对每个矿石颗粒进行定点喷吹分离。

17、进一步地，图像采集模块，用于从共孔径双模成像装置同步接收可见光图像和红外热图像，并进行格式转换和时间戳同步；

18、图像处理模块，用于对所述可见光图像进行滤波处理、边缘检测、形态学闭运算和连通区域分析，提取矿石散体的轮廓边界，并采用分水岭算法对粘连颗粒进行分离，生成二值目标掩膜；

19、图像融合模块，用于以所述二值目标掩膜作为空间约束条件，对所述红外热图像进行逐像素掩膜运算，生成仅保留矿石散体区域温度信息的融合图像；

20、特征提取模块，用于从所述融合图像中提取每个矿石颗粒的温度特征，所述温度特征包括统计特征、分布特征、热斑特征和区域特征；

21、分类判别模块，用于基于所述温度特征，采用温度阈值法或机器学习分类器对每个矿石颗粒进行矿废属性判别，输出判别标签；

22、运动控制模块，用于根据矿石颗粒的判别标签和跟踪位置，结合输送带运行速度、检测位置与分选执行机构之间的距离以及执行机构响应时间，计算每个矿石颗粒到达分选位置的时间，并生成分选控制指令发送至气动排料装置。

23、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

24、1、本发明针对微波加热后红外热图像中矿石散体存在的边缘热衰减明显、轮廓模糊及边界难以精确辨识等问题，充分利用可见光图像在空间分辨率高、边界信息清晰及细节表达能力强等方面的优势，对矿石散体的真实几何边界进行精确提取，为后续红外温度信息的约束与融合提供可靠的空间参考，有效突破单一红外热成像在边界识别方面的固有局限。

25、2、本发明利用可见光图像不受热扩散效应影响且材料表观差异显著的特点，在可见光域内对矿石颗粒轮廓进行粘连分离处理，实现相互独立的颗粒划分，避免热区融合引起的识别误差，显著提升多颗粒连续输送场景下的识别准确性和运行稳定性。

26、3、本发明通过目标掩膜限定红外温度特征的提取范围，使输送带、溜槽、环境辐射区域及其它非矿石背景区域不参与温度统计与矿废判别，有效抑制背景热干扰对识别结果的影响，实现对目标矿石散体的精准定位与定量分析，显著提升识别的准确性与可靠性。

27、4、本发明将可见光域精确提取的真实几何边界与红外域的热响应特征进行协同融合处理，在破碎磨矿等高能耗工序之前实现早期预选抛废，有效减少后续处理量、降低单位能耗并提升矿山整体经济效益，为低品位、复杂组分矿石资源的高效利用提供可靠的技术支撑。

1.一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，所述共孔径双模成像装置包括可见光成像单元、红外热成像单元、共孔径前端光学系统、分光元件和同步触发单元；

3.根据权利要求1所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，从可见光图像中提取矿石散体轮廓边界的步骤具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，在标记各个独立的矿石颗粒后，还包括粘连颗粒分离步骤：

5.根据权利要求1所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，根据轮廓边界生成二值目标掩膜的步骤具体包括：

6.根据权利要求1所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，将二值目标掩膜与红外热图像进行融合的步骤具体包括：

7.根据权利要求1所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，提取每个矿石颗粒的温度特征的步骤具体包括：

8.根据权利要求1所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，矿废属性判别采用温度阈值法或机器学习分类器，所述机器学习分类器采用支持向量机、随机森林或卷积神经网络中的至少一种算法；

9.一种基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选系统，用于执行权利要求1至8中任一项所述的基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选方法，其特征在于，包括：

10.一种图像采集处理与分选控制系统，用于基于可见光和红外光双模协同成像的矿石微波分选，其特征在于，包括：