探讨如何设计煤矿智能化调度室多媒体图像图形系统

探讨如何设计煤矿智能化调度室多媒体图像图形系统

柳锐 1 杨涛 2

1 陕西省榆林市榆神煤炭榆树湾煤矿有限公司 陕西 榆林 719000

²陕西榆林能源集团榆神煤电有限公司 陕西 榆林 719000

摘要：随着我国科学技术的发展，我国现有的煤矿调度室系统已经不能满足，煤矿生产的实际需求。因此就需要对原有的系统进行升级。本文采用PCI总线来完成图像数据信息的采集，并将采集到的图像数据统一保存为BMP格式，然后在利用直方图修正法，提高图像的灰度级，进而让图像信息能够更加清新的显示出来。本文所设计煤矿智能化调度室多媒体图像图形系统，降低了数据传输的成本，提高了煤矿生产的安全性。

关键词：煤矿智能化调度室；多媒体；图像图形系统

0引言

随着我国经济的发展，我国现有的煤矿硬件与软件设备其技术水平，已经不能满足我国煤矿现代化的安全管理需求。因此本文对煤矿智能化调度室多媒体图像图形系统进行研究。而其中图形技术又是煤矿调度室多媒体监控系统的重要组成部分，本文也主要围绕图像部分展开讨论。

1系统总体框架结构

本文所设计的煤矿智能化调度室多媒体图像图形系统，主要由图像处理、图形处理、显示等部分构成。

图1系统总体框架结构

（1）图像部分。该部分主要由多媒体计算机、单片机、网络接口、检测系统接口、TV接口以及LED控制器组成。显示部分也是系统的主要控制中心，可以对图形图像的显示部分进行控制和操作。同时控制中心也可以对系统的电源进行控制，使投影机在启动时电流强度可以满足设备的运行需求，保证投影机能够稳定的运行。

（2）图形部分。该部分主要由通信网络来接收图形文件，从而将接收到的数据上传到控制中心。在通过控制系统将图形文件投影到投影墙上。

2图像处理部分

2.1图像数据采集

本文采用PCI总线视频卡来采集图像数据信息，可以实现对图像数据的实时采集、存储并在单屏上进行显示，同时PCI总线可以直接插入主机箱中，并与摄像机等视频软件相配合，从而构建成一套可以进行图像处理的分析系统。系统主要采用PCI总线结构，采集到的数据信息可以直接储存到计算机中，并且这些图像数据信息，可以直接投放到显示屏上。这种数据采集方式，可以对图像数据进行连续分析，我们也可以从连续的图像中获取到更多的信息。图像数据的处理是在计算机内存中完成的，这能够提高图像数据的处理速度，也能更好地发挥出计算机处理器的性能，也便于后期的程序开发工作。此外，PCI总线所保存的图像数据，可以将工业电视图像序列捕捉到计算机中，从而以BPM的图像格式保存起来。

2.2图像数据的增强处理

煤矿井下的光线环境较差，这就导致工业电视所显示的图像质量较差，且照片的清晰度较低，同时井下的煤灰较多，从而进一步影响了图像数据的质量。而工业电视所采集到的图像数据，并为采用任何图像处理技术，最终导致电视图像十分模糊。为了提高图像的清晰度，就需要采用图像增强技术，同时该项技术的使用可以有效克服井下光线不足、灰尘较大的问题，解决了图像模糊且最终采集到的图像存在一定偏差的问题，提高了系统的稳定性。

图像增强其本质是采用技术手段来提高图像的清晰度和视觉效果。直方图修整也是目前图像增强最有效地办法之一。这种技术通过转换灰度级，从而对原有的图像进行改造，并使其达到理想的状态。同时，该项技术能够对图像灰度级较为集中的区域进行修正，并使这一区域的灰度值逐渐变得均匀，这可以有效地拉开灰度级之间的反差，使图像更加清晰，细节部分可以更好地体现出来，这种方式就达到了图像增强的目的。

本文用变量 表示图像需要增强的灰度级，如果 已经进行了归一化处理，这时 ，当 时，就表示黑色，当 时，就表示白色，将图像的灰度级设置为 ，那么二者之间的关系，就是 ，如果满足函数 的变换条件可以得到以下两种情况。

（1）当 时， 的函数值会不断增加，而在这种变换条件下，图像原本的灰度级将会保持从黑到白的顺序。

（2）当 时，且 ，这时原有的影射将会发生变化，变化后的灰度值将会保持在合理的范围之内。

任意一幅图像当中，所包含的每个像素的灰度级 都可以看作是 之间的变量，而这个变量并不是固定的会随着灰度级的变化而变化。假设 的取值是连续，那么就可以运用概率推导出图像灰度级的分布密度 ，当图像中灰度级的数量少于 的像素点时，其公式表示为 。那么就可以用 来表示灰度级概率密度函数的值，因此，根据概率理论，可以推导出 与 之间存在以下关系。

（1）

从公式（1）中可以看出，只要 的数值发生改变， 的形状也会相应的发生变化。由于 与 之间所存在的图像灰度级是相对排列的，因此只要 的选值合理，就可以改变图像的外部特征，而这就是直方图修正技术的原理。

此外，图像处理上还可以采用灰度线性拉伸的方法，这种方法是根据图像原始数据资料，来确定需要拉伸的灰度值取件，并将灰度值的区间依据线性方程关系进行拉伸或者进行压缩最终得到所需要的灰度值。我们将灰度线性拉伸变化的区间定义为

，这时就可以将图像中的任意像素点的灰度值定义为 ，也就是说 的取值必须在区间内，既 ，这时灰度值 在区间内的表示为 ，这时 区间内的一个子区间，而这时灰度值 就可以表述为 ，同时在设置灰度值 ，该数值在进行变换后得到的灰度值，其区间为 ，同时考虑到 ，因此可以得出以下公式。

（2）

考虑到 ，可以得出以下公式：

（3）

将公式（2）除以公式（1）可以得到表达式（4）

（4）

将公式（4）进一步简化可以得到：

（5）

将公式（4）的拉伸范围控制在0-255灰度级之间，可以得到 ， ，这时将公式（5）进一步化减可以得到以下表达式：

（6）

这时线性拉伸变换就可以在灰度值范围内进行任意变换，因此该方法的应用可以对图像进行拉伸也可以将图像像素压缩到灰度区间之中。

2.3视频图像矩阵切换器

切换器的主要作用就是可以同时输入或输出多路数字信号，因设计需求本文采用8路切换器，这可以满足多个办公室同时看到其中一路的视频信号，同时还要求切换器的交叉点不能锁死，这样当进行切换时，可以保证视频信号之间不会发生干扰，保证图像的清晰度。在芯片选择上可以采用美国公司生产的MAX456芯片，这种芯片可以满足系统发射标准视频信号的需求，与以往的设计相比，本文的设计减少了电子元件的使用数量，同时减少了成本的投入。此外，本文的设计方案降低了寄生电容的使用数量，提升了系统的稳定性，

2.4图像远程传输

智能化调度室在设计时必须保证局与矿之间的动态图像图形数据能够进行交换和显示，而这一功能的实现其难点在于，宽频带通信信道的选择。同时矿区的覆盖面积较大通常在百平方公里上，而无线通讯技术却很难满足井下通信的实际需求，因此只能选择光纤光缆作为信息传输的方式。目前，在我国许多煤炭企业已经将光纤通信作为煤矿主要的通信方式，而矿务局与各个矿井之间的联系采用程控电话进行传输，能够满足煤矿目前的数据传输需求。但是这种通信线缆的前期投入较大，我国部分煤矿企业很难有足够的资金完成如此大规模的通信线路建设。因此，煤炭企业可以利用已有的光缆信道，在满足自身通信需求的同时减少前期资本的投入。

3结语

随着我国经济的发展，对能源的需求也在不断增加，煤炭是我国重要的能源资源，推动我国煤炭行业的发展，有利于稳定我国的经济。但目前我国煤炭行业的技术水平还有待提高，特别是矿井下的监控系统已经无法有效地保证工人的人身安全。因此，本文对煤矿智能化调度室多媒体图像图形系统进行研究，希望能为我国煤矿行业的发展尽一份绵薄之力。

参考文献

[1]赵海生. 浅谈智能化图像图形系统在煤矿中枢调度中的作用[J]. 技术与市场, 2019, 26(009):76-77.

[2]张飞. 煤矿智能化综采工作面系统设计与应用探讨[J]. 中国设备工程, 2020, 000(005):28-30.

[3]肖震. 关于煤矿井下人员智能化定位系统的设计研究[J]. 机械管理开发, 2020, 35(6):3.