專利名稱：基于圖像分析同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的方法及其專用設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種基于圖像分析同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的方法及其專用設備。
背景技術(shù)：
煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定是煤炭、冶金、石油、地質(zhì)等行業(yè)廣泛開展的一項基礎測定項目。
目前煤巖組分測定采用的方法是在偏光顯微鏡下，利用油浸物鏡，通過目鏡觀察人工鑒定煤巖組分，利用手工、機械或電子計數(shù)器記錄并統(tǒng)計各種組分的比例，作為煤巖組分體積百分含量測定的結(jié)果。無論是中國國家標準GB/T 8899《煤的顯微組分組和礦物測定方法》還是國際標準 IS0/DIS 7404-3 ((Methods for the petrographicanalysis of coals-Part 3:Method of determining maceral group composition〉〉都是米用上述原理。
目前煤鏡質(zhì)體反射率測定采用的方法是，在偏光顯微鏡油浸物鏡下，按照一定的點、行距，通過目鏡確定適宜測定的鏡質(zhì)體顆粒，利用光電轉(zhuǎn)換器(常用光電倍增管或電荷耦合陣列光度計)，測定一定面積測區(qū)內(nèi)鏡質(zhì)體反射光信號，并與相同條件下已知反射率標樣的反射光信號對比，按照線性變換原理計算該鏡質(zhì)體的反射率。無論是中國國家標準GB/ T 6948《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測定方法》還是國際標準IS07404-5 ((Methods for the petrographic analysis of coals-Part 5:Method of determiningmicroscopically the reflectance ofvitrinite))都是采用上述原理。
目前顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定只能獨立進行，不能同時測定。這種測定方法存在的問題主要有①測定速度慢，效率低，且操作人員容易疲勞，一個煤巖光片相當于測定兩次，一個中等熟練程度的操作者至少需耗時3小時以上測定過程中操作者很難做到嚴格按照規(guī)定的點、行距進行測定，測定過程對測點布置的均勻程度有很大影響測定結(jié)果不可追溯，只能記錄最終的統(tǒng)計結(jié)果，而不能反應測點布置的均勻程度和測點是否滿足要求，以及由此帶來的測值準確度問題測定過程漫長帶來的光度計穩(wěn)定性問題， 以及光度計線性范圍難以足夠?qū)拵淼膯蝹€測值準確度問題。⑤測定過程中某些疑難組分常阻滯測定進度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服標準方法存在的上述技術(shù)問題，提供一種同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的方法及其專用設備。
本發(fā)明所提供的一種同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的設備，包括一設備集成和一測定系統(tǒng)；
所述設備集成包括成像裝置、圖像采集裝置、載物臺和圖像掃描采集控制系統(tǒng)；所述載物臺和圖像采集裝置均設于所述成像裝置上；所述圖像采集裝置和載物臺為聯(lián)動運行；所述圖像采集裝置和載物臺均由所述圖像掃描采集控制系統(tǒng)控制。
所述測定系統(tǒng)包括對所述圖像掃描采集控制系統(tǒng)所采集的圖像進行圖像調(diào)用、測點布置、組分鑒定、鏈接、鏡質(zhì)體反射率測定、結(jié)果統(tǒng)計與輸出的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置。
上述的設備中，所述成像裝置具體可為反射偏光顯微鏡；所述圖像采集裝置具體可為顯微數(shù)碼照相機。
上述的設備中，所述載物臺為XYZ三軸電動平臺。
上述的設備中，所述顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置包括
用于對所述圖像掃描采集控制系統(tǒng)所采集的圖像進行逐幅調(diào)出、逐屏多幅調(diào)出或拼接后調(diào)出的圖像調(diào)用模塊；
用于對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像在待測定位置加注鑒定標志的測點布置模塊；
用于供操作者按煤巖組分分類方案，對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像經(jīng)所述測點布置模塊鑒定后進行組分鑒定的組分鑒定模塊；
用于對所述組分鑒定模塊的鑒定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫的存儲模塊 a ；
用于對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述存儲模塊記錄的鑒定結(jié)果進行鏈接的鏈接模塊a ；
用于對所述組分鑒定模塊鑒定為鏡質(zhì)組的待測樣品或標準品的圖像上的待測點進行灰度測量，并建立標準品的灰度-反射率工作曲線以及距所述圖像中心不同距離處灰度的校正曲線、然后自動將待測樣品待測點的灰度值根據(jù)所述灰度_反射率工作曲線和校正曲線換算成反射率的鏡質(zhì)體反射率測定模塊；
用于對所述鏡質(zhì)體反射率測定模塊的測定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫的存儲模塊b ；
用于對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述測點布置模塊標注的測點位置和所述存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行鏈接的鏈接模塊；
和用于對所述存儲模塊a和存儲模塊b所記錄的測定結(jié)果進行統(tǒng)計輸出的結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊。
上述的設備中，所述煤巖組分分類方案為中國國家標準GB/T 8899、國際標準 IS0/DIS 7404-3或使用者自定義模式。
上述的設備中，所述測點布置模塊加注的鑒定標志具體可為十字絲、圓圈或邊框。
本發(fā)明所提供的一種同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的方法，是將煤的光片置于上述設備上進行檢測鑒定，得到煤的組分含量和鏡質(zhì)體反射率的測定報告。
上述的方法中，所述檢測鑒定具體可包括如下步驟
I)將待測樣品以及標準品分別置于所述成像裝置的物鏡下，并移動樣品，按照設定的程序自動調(diào)節(jié)焦距進行掃描，再通過所述圖像采集裝置采集圖像；
2)將步驟I)中采集到的圖像輸送至所述顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置中，進行檢測。
上述的方法中，所述步驟2)具體可包括如下步驟
(I)先啟動圖像調(diào)用模塊逐幅調(diào)出、逐屏多幅調(diào)出或拼接后調(diào)出待測樣品以及標準品的圖像；
(2)啟動測點布置模塊，自動將鑒定標志標注于步驟(I)得到的待測樣品以及標準品的圖像的中心作為待測點，再由操作者進行確認、微調(diào)位置以滿足測定要求；
(3)啟動組分鑒定模塊對步驟(I)中調(diào)出的圖像經(jīng)步驟(2)中心點進行鑒定，由操作者按煤巖組分分類方案，指定圖像所屬的分組；
(4)存儲模塊a將步驟(3)中得到鑒定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫中，同時通過啟動鏈接模塊a將所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述存儲模塊記錄的鑒定結(jié)果進行鏈接；
5)再啟動鏡質(zhì)體反射率測定模塊，對步驟(2)中標準品和待測樣品中經(jīng)步驟(4) 鑒定為鏡質(zhì)組的圖像上的待測點進行灰度測量，并建立標準品的灰度-反射率工作曲線以及距所述圖像中心不同距離處灰度的校正曲線、然后自動將待測樣品待測點的灰度值根據(jù)所述灰度_反射率工作曲線和校正曲線換算成反射率；
(6)啟動存儲模塊b，將步驟(5)中得到的測定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫中，同時通過啟動鏈接模塊b將所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述測點布置模塊標注的測點位置和所述存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行鏈接；
(7)啟動結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊，對步驟(4)和(6)中存儲模塊a和存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行自動統(tǒng)計，生成待測樣品反射率測定結(jié)果報告，并打印輸出。
本發(fā)明提供的設備利用顯微數(shù)碼技術(shù)和計算機圖像處理技術(shù)相結(jié)合，采用顯微數(shù)碼照相機采集偏光顯微鏡下的圖像并轉(zhuǎn)移到計算機中，通過鏡質(zhì)體反射率測定裝置對圖像進行調(diào)出和處理，操作者在計算機上對鏡質(zhì)體進行反射率測定，并實時建立數(shù)據(jù)庫鏈接，記錄每一測點的測定對象、位置、面積、原始測值，使得測定結(jié)果具有可追溯性，提高了測定精度。同時，在測定過程中減少了占用顯微鏡的時間，測定效率大大提高，在相同的時間內(nèi)可以測定更多樣品。
本發(fā)明提供的方法流程簡便，易于操作，符合顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定國家標準要求，極大地改善了煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定的精度和效率。


圖I為基于圖像分析的顯微組分含量與鏡質(zhì)體反射率同時測定的工作流程圖。
圖2為本發(fā)明的設備顯微組分含量與鏡質(zhì)體反射率測定裝置測定時的主界面。
圖3為本方法測定的鏡質(zhì)體反射率結(jié)果。
圖4為傳統(tǒng)光度計法測定的鏡質(zhì)體反射率結(jié)果。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
本發(fā)明提供的同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的設備包括一設備集成和一測定系統(tǒng)；
該設備集成包括反射偏光顯微鏡、顯微數(shù)碼照相機、XYZ三軸電動平臺和圖像掃描采集控制系統(tǒng)；其中顯微數(shù)碼照相機和XYZ三軸電動平臺均安裝于反射偏光顯微鏡上，且顯微數(shù)碼照相機和XYZ三軸電動平臺為聯(lián)動運行；顯微數(shù)碼照相機和XYZ三軸電動平臺均由圖像掃描采集控制系統(tǒng)控制。
該測定系統(tǒng)包括對圖像掃描采集控制系統(tǒng)所采集的圖像進行圖像調(diào)用、測點布置、組分鑒定、鏈接、鏡質(zhì)體反射率測定、結(jié)果統(tǒng)計與輸出的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置。該顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置具體包括圖像調(diào)用模塊、測點布置模塊、組分鑒定模塊、存儲模塊a、鏈接模塊a、鏡質(zhì)體反射率測定模塊、存儲模塊b和結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊；其中，圖像調(diào)用模塊用于對圖像掃描采集控制系統(tǒng)所采集的圖像進行逐幅調(diào)出、逐屏多幅調(diào)出或拼接后調(diào)出；測點布置模塊用于對圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像在待測定位置進行加注鑒定標志；組分鑒定模塊用于供操作者按煤巖組分分類方案，對圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像經(jīng)測點布置模塊鑒定后進行組分鑒定；存儲模塊a用于對組分鑒定模塊的鑒定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫；鏈接模塊a用于對圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述存儲模塊記錄的鑒定結(jié)果進行鏈接；鏡質(zhì)體反射率測定模塊用于對組分鑒定模塊鑒定為鏡質(zhì)組的待測樣品或標準品的圖像上的待測點進行灰度測量，并建立標準品的灰度_反射率工作曲線以及距所述圖像中心不同距離處灰度的校正曲線、然后自動將待測樣品待測點的灰度值根據(jù)所述灰度_反射率工作曲線和校正曲線換算成反射率；存儲模塊b用于對鏡質(zhì)體反射率測定模塊的測定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫；鏈接模塊b用于對圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述測點布置模塊標注的測點位置和所述存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行鏈接；結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊用于對所述存儲模塊a和存儲模塊b所記錄的測定結(jié)果進行統(tǒng)計輸出。
利用上述的設備進行煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的測定的工作流程如圖I 所示
I、將待測煤樣品以及標準品分別置于反射偏光顯微鏡的物鏡下的載物臺上，并移動樣品，按照設定的程序自動調(diào)節(jié)焦距進行掃描，再通過圖像掃描采集控制系統(tǒng)采集圖
2、將步驟I中采集到的圖像輸送至顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置中，進行檢測，其檢測的主界面圖如圖2所示，具體步驟包括
(I)首先啟動圖像調(diào)用模塊逐幅調(diào)出、逐屏多幅調(diào)出或拼接后調(diào)出待測樣品以及標準品的圖像；
(2)啟動測點布置模塊，自動將鑒定標志(如十字絲、圓圈或邊框)標注于步驟(I) 得到的待測樣品以及標準品的圖像的中心作為待測點，再由操作者進行確認、微調(diào)位置以滿足測定要求；
(3)啟動組分鑒定模塊對步驟(I)中調(diào)出的圖像經(jīng)步驟(2)中心點進行鑒定，由操作者按煤巖組分分類方案(中國國家標準GB/T 8899、國際標準IS0/DIS 7404-3或使用者自定義標準)，指定圖像所屬的分組；
(4)存儲模塊a將步驟(3)中得到鑒定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫中，同時通過啟動鏈接模塊a將所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與存儲模塊記錄的鑒定結(jié)果進行鏈接；
(5)再啟動鏡質(zhì)體反射率測定模塊，對步驟(2)中標準品和待測樣品中經(jīng)步驟(4) 鑒定為鏡質(zhì)組的圖像上的待測點進行灰度測量，并建立標準品的灰度-反射率工作曲線以7及距所述圖像中心不同距離處灰度的校正曲線、然后自動將待測樣品待測點的灰度值根據(jù)所述灰度_反射率工作曲線和校正曲線換算成反射率；
(6)啟動存儲模塊b，將步驟(5)中得到的測定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫中，同時通過啟動鏈接模塊b將所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與測點布置模塊標注的測點位置和存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行鏈接；
(7)啟動結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊，對步驟(4)和(6)中存儲模塊a和存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行自動統(tǒng)計，生成待測樣品反射率測定結(jié)果報告，并打印輸出。
本發(fā)明提供的方法對煤樣品反射率的測定結(jié)果如表I和圖3所示，而用傳統(tǒng)光度計法測定的結(jié)果如表2和圖4所示。
表I本發(fā)明提供的方法的反射率測定結(jié)果分析
權(quán)利要求
1.一種同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的設備，其特征在于所述設備包括一設備集成和一測定系統(tǒng)； 所述設備集成包括成像裝置、圖像采集裝置、載物臺和圖像掃描采集控制系統(tǒng)；所述載物臺和圖像采集裝置均設于所述成像裝置上；所述圖像采集裝置和載物臺為聯(lián)動運行；所述圖像采集裝置和載物臺均由所述圖像掃描采集控制系統(tǒng)控制； 所述測定系統(tǒng)包括對所述圖像掃描采集控制系統(tǒng)所采集的圖像進行圖像調(diào)用、測點布置、組分鑒定、鏈接、鏡質(zhì)體反射率測定、結(jié)果統(tǒng)計與輸出的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設備，其特征在于所述成像裝置為反射偏光顯微鏡；所述圖像采集裝置為顯微數(shù)碼照相機；所述載物臺為XYZ三軸電動平臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的設備，其特征在于所述顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置包括 用于對所述圖像掃描采集控制系統(tǒng)所采集的圖像進行逐幅調(diào)出、逐屏多幅調(diào)出或拼接后調(diào)出的圖像調(diào)用模塊； 用于對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像在待測定位置加注鑒定標志的測點布置模塊；用于供操作者按煤巖組分分類方案，對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像經(jīng)所述測點布置模塊鑒定后進行組分鑒定的組分鑒定模塊； 用于對所述組分鑒定模塊的鑒定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫的存儲模塊a ；用于對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述存儲模塊記錄的鑒定結(jié)果進行鏈接的鏈接模塊a ； 用于對所述組分鑒定模塊鑒定為鏡質(zhì)組的待測樣品或標準品的圖像上的待測點進行灰度測量，并建立標準品的灰度值灰度-反射率工作曲線以及距所述圖像中心不同距離處灰度的校正曲線、然后自動將待測樣品待測點的灰度值根據(jù)所述灰度-反射率工作曲線和校正曲線換算成反射率的鏡質(zhì)體反射率測定模塊； 用于對所述鏡質(zhì)體反射率測定模塊的測定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫的存儲豐旲塊b ； 用于對所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述測點布置模塊標注的測點位置和所述存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行鏈接的鏈接模塊b ； 和用于對所述存儲模塊a和存儲模塊b所記錄的測定結(jié)果進行統(tǒng)計輸出的結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊。
4.一種同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的方法，是將煤置于權(quán)利要求1-5中任一項所述設備上進行檢測鑒定，得到煤的組分含量和鏡質(zhì)體反射率的測定報告。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述檢測鑒定具體包括如下步驟 I)將待測樣品以及標準品分別置于所述成像裝置的物鏡下，并移動樣品，按照設定的程序自動調(diào)節(jié)焦距進行掃描，再通過所述圖像采集裝置采集圖像； 2)將步驟I)中采集到的圖像輸送至所述顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定裝置中，進行檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟2)具體包括如下步驟 (I)先啟動圖像調(diào)用模塊逐幅調(diào)出、逐屏多幅調(diào)出或拼接后調(diào)出待測樣品以及標準品的圖像； (2)啟動測點布置模塊，自動將鑒定標志標注于步驟(I)得到的待測樣品以及標準品的圖像的中心作為待測點，再由操作者進行確認、微調(diào)位置以滿足測定要求； (3)啟動組分鑒定模塊對步驟(I)中調(diào)出的圖像經(jīng)步驟(2)中心點進行鑒定，由操作者按煤巖組分分類方案，指定圖像所屬的分組； (4)存儲模塊a將步驟(3)中得到鑒定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫中，同時通過啟動鏈接模塊a將所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述存儲模塊記錄的鑒定結(jié)果進行鏈接; (5)再啟動鏡質(zhì)體反射率測定模塊，對步驟(2)中標準品和待測樣品中經(jīng)步驟(4)鑒定為鏡質(zhì)組的圖像上的待測點進行灰度測量，并建立標準品的灰度值灰度-反射率工作曲線以及距所述圖像中心不同距離處灰度的校正曲線、然后自動將待測樣品待測點的灰度值根據(jù)所述灰度-反射率工作曲線和校正曲線換算成反射率； (6)啟動存儲模塊b，將步驟(5)中得到的測定結(jié)果進行記錄統(tǒng)計并存儲入數(shù)據(jù)庫中，同時通過啟動鏈接模塊b將所述圖像調(diào)用模塊調(diào)出的圖像與所述測點布置模塊標注的測 點位置和所述存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行鏈接； (7 )啟動結(jié)果統(tǒng)計與輸出模塊，對步驟(4 )和(6 )中存儲模塊a和存儲模塊b記錄的測定結(jié)果進行自動統(tǒng)計，生成待測樣品反射率測定結(jié)果報告，并打印輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像分析同時測定煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率的方法及其專用設備。本發(fā)明提供的設備利用顯微數(shù)碼技術(shù)和計算機圖像處理技術(shù)相結(jié)合，采用顯微數(shù)碼照相機采集偏光顯微鏡下的圖像并轉(zhuǎn)移到計算機中，通過鏡質(zhì)體反射率測定裝置對圖像進行調(diào)出和處理，操作者在計算機上對鏡質(zhì)體進行反射率測定，并實時建立數(shù)據(jù)庫鏈接，記錄每一測點的測定對象、位置、面積、原始測值，使得測定結(jié)果具有可追溯性，提高了測定精度。同時，在測定過程中減少了占用顯微鏡的時間，測定效率大大提高，在相同的時間內(nèi)可以測定更多樣品。本發(fā)明提供的方法流程簡便，易于操作，符合顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定國家標準要求，極大地改善了煤的顯微組分含量和鏡質(zhì)體反射率測定的精度和效率。
文檔編號G01N21/00GK102928340SQ20121039937
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者白向飛, 姜英, 陳洪博, 張宇宏, 丁華, 涂華, 武琳琳, 王越 申請人:煤炭科學研究總院