专利名称：基于图像分析同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的方法及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于图像分析同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的方法及其专用设备。
背景技术：
煤的显微组分含量和镜质体反射率测定是煤炭、冶金、石油、地质等行业广泛开展的一项基础测定项目。
目前煤岩组分测定采用的方法是在偏光显微镜下，利用油浸物镜，通过目镜观察人工鉴定煤岩组分，利用手工、机械或电子计数器记录并统计各种组分的比例，作为煤岩组分体积百分含量测定的结果。无论是中国国家标准GB/T 8899《煤的显微组分组和矿物测定方法》还是国际标准 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。
目前煤镜质体反射率测定采用的方法是，在偏光显微镜油浸物镜下，按照一定的点、行距，通过目镜确定适宜测定的镜质体颗粒，利用光电转换器(常用光电倍增管或电荷耦合阵列光度计)，测定一定面积测区内镜质体反射光信号，并与相同条件下已知反射率标样的反射光信号对比，按照线性变换原理计算该镜质体的反射率。无论是中国国家标准GB/ T 6948《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》还是国际标准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。
目前显微组分含量和镜质体反射率测定只能独立进行，不能同时测定。这种测定方法存在的问题主要有①测定速度慢，效率低，且操作人员容易疲劳，一个煤岩光片相当于测定两次，一个中等熟练程度的操作者至少需耗时3小时以上测定过程中操作者很难做到严格按照规定的点、行距进行测定，测定过程对测点布置的均匀程度有很大影响测定结果不可追溯，只能记录最终的统计结果，而不能反应测点布置的均匀程度和测点是否满足要求，以及由此带来的测值准确度问题测定过程漫长带来的光度计稳定性问题， 以及光度计线性范围难以足够宽带来的单个测值准确度问题。⑤测定过程中某些疑难组分常阻滞测定进度。发明内容
本发明的目的是为了克服标准方法存在的上述技术问题，提供一种同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的方法及其专用设备。
本发明所提供的一种同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的设备，包括一设备集成和一测定系统；
所述设备集成包括成像装置、图像采集装置、载物台和图像扫描采集控制系统；所述载物台和图像采集装置均设于所述成像装置上；所述图像采集装置和载物台为联动运行；所述图像采集装置和载物台均由所述图像扫描采集控制系统控制。
所述测定系统包括对所述图像扫描采集控制系统所采集的图像进行图像调用、测点布置、组分鉴定、链接、镜质体反射率测定、结果统计与输出的显微组分含量和镜质体反射率测定装置。
上述的设备中，所述成像装置具体可为反射偏光显微镜；所述图像采集装置具体可为显微数码照相机。
上述的设备中，所述载物台为XYZ三轴电动平台。
上述的设备中，所述显微组分含量和镜质体反射率测定装置包括
用于对所述图像扫描采集控制系统所采集的图像进行逐幅调出、逐屏多幅调出或拼接后调出的图像调用模块；
用于对所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裨诖舛ㄎ恢眉幼⒓ū曛镜牟獾悴贾媚？椋�
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上述的设备中，所述煤岩组分分类方案为中国国家标准GB/T 8899、国际标准 IS0/DIS 7404-3或使用者自定义模式。
上述的设备中，所述测点布置�？榧幼⒌募ū曛揪咛蹇晌炙�、圆圈或边框。
本发明所提供的一种同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的方法，是将煤的光片置于上述设备上进行检测鉴定，得到煤的组分含量和镜质体反射率的测定报告。
上述的方法中，所述检测鉴定具体可包括如下步骤
I)将待测样品以及标准品分别置于所述成像装置的物镜下，并移动样品，按照设定的程序自动调节焦距进行扫描，再通过所述图像采集装置采集图像；
2)将步骤I)中采集到的图像输送至所述显微组分含量和镜质体反射率测定装置中，进行检测。
上述的方法中，所述步骤2)具体可包括如下步骤
(I)先启动图像调用�？橹鸱鞒�、逐屏多幅调出或拼接后调出待测样品以及标准品的图像；
(2)启动测点布置�？椋远ū曛颈曜⒂诓街�(I)得到的待测样品以及标准品的图像的中心作为待测点，再由操作者进行确认、微调位置以满足测定要求；
(3)启动组分鉴定�？槎圆街�(I)中调出的图像经步骤(2)中心点进行鉴定，由操作者按煤岩组分分类方案，指定图像所属的分组；
(4)存储模块a将步骤(3)中得到鉴定结果进行记录统计并存储入数据库中，同时通过启动链接�？閍将所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨龃娲⒛？榧锹嫉募ń峁辛唇樱�
5)再启动镜质体反射率测定�？椋圆街�(2)中标准品和待测样品中经步骤(4) 鉴定为镜质组的图像上的待测点进行灰度测量，并建立标准品的灰度-反射率工作曲线以及距所述图像中心不同距离处灰度的校正曲线、然后自动将待测样品待测点的灰度值根据所述灰度_反射率工作曲线和校正曲线换算成反射率；
(6)启动存储�？閎，将步骤(5)中得到的测定结果进行记录统计并存储入数据库中，同时通过启动链接�？閎将所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨霾獾悴贾媚？楸曜⒌牟獾阄恢煤退龃娲⒛？閎记录的测定结果进行链接；
(7)启动结果统计与输出�？椋圆街�(4)和(6)中存储�？閍和存储�？閎记录的测定结果进行自动统计，生成待测样品反射率测定结果报告，并打印输出。
本发明提供的设备利用显微数码技术和计算机图像处理技术相结合，采用显微数码照相机采集偏光显微镜下的图像并转移到计算机中，通过镜质体反射率测定装置对图像进行调出和处理，操作者在计算机上对镜质体进行反射率测定，并实时建立数据库链接，记录每一测点的测定对象、位置、面积、原始测值，使得测定结果具有可追溯性，提高了测定精度。同时，在测定过程中减少了占用显微镜的时间，测定效率大大提高，在相同的时间内可以测定更多样品。
本发明提供的方法流程简便，易于操作，符合显微组分含量和镜质体反射率测定国家标准要求，极大地改善了煤的显微组分含量和镜质体反射率测定的精度和效率。
图I为基于图像分析的显微组分含量与镜质体反射率同时测定的工作流程图。
图2为本发明的设备显微组分含量与镜质体反射率测定装置测定时的主界面。
图3为本方法测定的镜质体反射率结果。
图4为传统光度计法测定的镜质体反射率结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
本发明提供的同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的设备包括一设备集成和一测定系统；
该设备集成包括反射偏光显微镜、显微数码照相机、XYZ三轴电动平台和图像扫描采集控制系统；其中显微数码照相机和XYZ三轴电动平台均安装于反射偏光显微镜上，且显微数码照相机和XYZ三轴电动平台为联动运行；显微数码照相机和XYZ三轴电动平台均由图像扫描采集控制系统控制。
该测定系统包括对图像扫描采集控制系统所采集的图像进行图像调用、测点布置、组分鉴定、链接、镜质体反射率测定、结果统计与输出的显微组分含量和镜质体反射率测定装置。该显微组分含量和镜质体反射率测定装置具体包括图像调用�？�、测点布置�？椤⒆榉旨？�、存储�？閍、链接模块a、镜质体反射率测定模块、存储�？閎和结果统计与输出�？椋黄渲校枷竦饔媚？橛糜诙酝枷裆璨杉刂葡低乘杉耐枷窠兄鸱鞒�、逐屏多幅调出或拼接后调出；测点布置模块用于对图像调用模块调出的图像在待测定位置进行加注鉴定标志；组分鉴定�？橛糜诠┎僮髡甙疵貉易榉址掷喾桨福酝枷竦饔媚？榈鞒龅耐枷窬獾悴贾媚？榧ê蠼凶榉旨ǎ淮娲⒛？閍用于对组分鉴定�？榈募ń峁屑锹纪臣撇⒋娲⑷胧菘猓涣唇幽？閍用于对图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨龃娲⒛？榧锹嫉募ń峁辛唇樱痪抵侍宸瓷渎什舛？橛糜诙宰榉旨？榧ㄎ抵首榈拇庋坊虮曜计返耐枷裆系拇獾憬谢叶炔饬浚⒔⒈曜计返幕叶萠反射率工作曲线以及距所述图像中心不同距离处灰度的校正曲线、然后自动将待测样品待测点的灰度值根据所述灰度_反射率工作曲线和校正曲线换算成反射率；存储�？閎用于对镜质体反射率测定�？榈牟舛ń峁屑锹纪臣撇⒋娲⑷胧菘猓涣唇幽？閎用于对图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨霾獾悴贾媚？楸曜⒌牟獾阄恢煤退龃娲⒛？閎记录的测定结果进行链接；结果统计与输出�？橛糜诙运龃娲⒛？閍和存储�？閎所记录的测定结果进行统计输出。
利用上述的设备进行煤的显微组分含量和镜质体反射率的测定的工作流程如图I 所示
I、将待测煤样品以及标准品分别置于反射偏光显微镜的物镜下的载物台上，并移动样品，按照设定的程序自动调节焦距进行扫描，再通过图像扫描采集控制系统采集图
2、将步骤I中采集到的图像输送至显微组分含量和镜质体反射率测定装置中，进行检测，其检测的主界面图如图2所示，具体步骤包括
(I)首先启动图像调用�？橹鸱鞒�、逐屏多幅调出或拼接后调出待测样品以及标准品的图像；
(2)启动测点布置�？椋远ū曛�(如十字丝、圆圈或边框)标注于步骤(I) 得到的待测样品以及标准品的图像的中心作为待测点，再由操作者进行确认、微调位置以满足测定要求；
(3)启动组分鉴定�？槎圆街�(I)中调出的图像经步骤(2)中心点进行鉴定，由操作者按煤岩组分分类方案(中国国家标准GB/T 8899、国际标准IS0/DIS 7404-3或使用者自定义标准)，指定图像所属的分组；
(4)存储模块a将步骤(3)中得到鉴定结果进行记录统计并存储入数据库中，同时通过启动链接�？閍将所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼氪娲⒛？榧锹嫉募ń峁辛唇樱�
(5)再启动镜质体反射率测定�？椋圆街�(2)中标准品和待测样品中经步骤(4) 鉴定为镜质组的图像上的待测点进行灰度测量，并建立标准品的灰度-反射率工作曲线以7及距所述图像中心不同距离处灰度的校正曲线、然后自动将待测样品待测点的灰度值根据所述灰度_反射率工作曲线和校正曲线换算成反射率；
(6)启动存储�？閎，将步骤(5)中得到的测定结果进行记录统计并存储入数据库中，同时通过启动链接�？閎将所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼氩獾悴贾媚？楸曜⒌牟獾阄恢煤痛娲⒛？閎记录的测定结果进行链接；
(7)启动结果统计与输出模块，对步骤(4)和(6)中存储�？閍和存储�？閎记录的测定结果进行自动统计，生成待测样品反射率测定结果报告，并打印输出。
本发明提供的方法对煤样品反射率的测定结果如表I和图3所示，而用传统光度计法测定的结果如表2和图4所示。
表I本发明提供的方法的反射率测定结果分析
权利要求
1.一种同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的设备，其特征在于所述设备包括一设备集成和一测定系统； 所述设备集成包括成像装置、图像采集装置、载物台和图像扫描采集控制系统；所述载物台和图像采集装置均设于所述成像装置上；所述图像采集装置和载物台为联动运行；所述图像采集装置和载物台均由所述图像扫描采集控制系统控制； 所述测定系统包括对所述图像扫描采集控制系统所采集的图像进行图像调用、测点布置、组分鉴定、链接、镜质体反射率测定、结果统计与输出的显微组分含量和镜质体反射率测定装置。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于所述成像装置为反射偏光显微镜；所述图像采集装置为显微数码照相机；所述载物台为XYZ三轴电动平台。
3.根据权利要求I或2所述的设备，其特征在于所述显微组分含量和镜质体反射率测定装置包括 用于对所述图像扫描采集控制系统所采集的图像进行逐幅调出、逐屏多幅调出或拼接后调出的图像调用�？椋� 用于对所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裨诖舛ㄎ恢眉幼⒓ū曛镜牟獾悴贾媚？椋挥糜诠┎僮髡甙疵貉易榉址掷喾桨福运鐾枷竦饔媚？榈鞒龅耐枷窬霾獾悴贾媚？榧ê蠼凶榉旨ǖ淖榉旨？椋� 用于对所述组分鉴定�？榈募ń峁屑锹纪臣撇⒋娲⑷胧菘獾拇娲⒛？閍 ；用于对所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨龃娲⒛？榧锹嫉募ń峁辛唇拥牧唇幽？閍 ； 用于对所述组分鉴定�？榧ㄎ抵首榈拇庋坊虮曜计返耐枷裆系拇獾憬谢叶炔饬浚⒔⒈曜计返幕叶戎祷叶�-反射率工作曲线以及距所述图像中心不同距离处灰度的校正曲线、然后自动将待测样品待测点的灰度值根据所述灰度-反射率工作曲线和校正曲线换算成反射率的镜质体反射率测定�？椋� 用于对所述镜质体反射率测定�？榈牟舛ń峁屑锹纪臣撇⒋娲⑷胧菘獾拇娲⒎釙@块b ； 用于对所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨霾獾悴贾媚？楸曜⒌牟獾阄恢煤退龃娲⒛？閎记录的测定结果进行链接的链接�？閎 ； 和用于对所述存储模块a和存储�？閎所记录的测定结果进行统计输出的结果统计与输出�？�。
4.一种同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的方法，是将煤置于权利要求1-5中任一项所述设备上进行检测鉴定，得到煤的组分含量和镜质体反射率的测定报告。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述检测鉴定具体包括如下步骤 I)将待测样品以及标准品分别置于所述成像装置的物镜下，并移动样品，按照设定的程序自动调节焦距进行扫描，再通过所述图像采集装置采集图像； 2)将步骤I)中采集到的图像输送至所述显微组分含量和镜质体反射率测定装置中，进行检测。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤2)具体包括如下步骤 (I)先启动图像调用�？橹鸱鞒�、逐屏多幅调出或拼接后调出待测样品以及标准品的图像； (2)启动测点布置�？椋远ū曛颈曜⒂诓街�(I)得到的待测样品以及标准品的图像的中心作为待测点，再由操作者进行确认、微调位置以满足测定要求； (3)启动组分鉴定�？槎圆街�(I)中调出的图像经步骤(2)中心点进行鉴定，由操作者按煤岩组分分类方案，指定图像所属的分组； (4)存储�？閍将步骤(3)中得到鉴定结果进行记录统计并存储入数据库中，同时通过启动链接�？閍将所述图像调用�？榈鞒龅耐枷裼胨龃娲⒛？榧锹嫉募ń峁辛唇�; (5)再启动镜质体反射率测定�？椋圆街�(2)中标准品和待测样品中经步骤(4)鉴定为镜质组的图像上的待测点进行灰度测量，并建立标准品的灰度值灰度-反射率工作曲线以及距所述图像中心不同距离处灰度的校正曲线、然后自动将待测样品待测点的灰度值根据所述灰度-反射率工作曲线和校正曲线换算成反射率； (6)启动存储�？閎，将步骤(5)中得到的测定结果进行记录统计并存储入数据库中，同时通过启动链接�？閎将所述图像调用模块调出的图像与所述测点布置�？楸曜⒌牟� 点位置和所述存储模块b记录的测定结果进行链接； (7 )启动结果统计与输出�？椋圆街�(4 )和(6 )中存储�？閍和存储�？閎记录的测定结果进行自动统计，生成待测样品反射率测定结果报告，并打印输出。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像分析同时测定煤的显微组分含量和镜质体反射率的方法及其专用设备。本发明提供的设备利用显微数码技术和计算机图像处理技术相结合，采用显微数码照相机采集偏光显微镜下的图像并转移到计算机中，通过镜质体反射率测定装置对图像进行调出和处理，操作者在计算机上对镜质体进行反射率测定，并实时建立数据库链接，记录每一测点的测定对象、位置、面积、原始测值，使得测定结果具有可追溯性，提高了测定精度。同时，在测定过程中减少了占用显微镜的时间，测定效率大大提高，在相同的时间内可以测定更多样品。本发明提供的方法流程简便，易于操作，符合显微组分含量和镜质体反射率测定国家标准要求，极大地改善了煤的显微组分含量和镜质体反射率测定的精度和效率。
文档编号G01N21/00GK102928340SQ20121039937
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者白向飞, 姜英, 陈洪博, 张宇宏, 丁华, 涂华, 武琳琳, 王越 申请人:煤炭科学研究总院
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