CN101718576B - 基于图像处理的矿车计量监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的矿车计量监控系统。该基于图像处理的矿车计量监控系统包括：轨道式传感器，用于对矿车称重，还包括：位于所述轨道式传感器正上方的摄像头和与所述摄像头通信连接的主控器，其中，所述主控器根据所述摄像头采集到的矿车图像数据对所述矿车运行方向进行判别，对所述矿车的运行速度进行计算，并对所述矿车进行计数。本发明提供的基于图像处理的矿车计量监控系统，主控器通过接收摄像头采集的矿车图像数据对矿车运行方向进行判别、对矿车的运行速度进行计算、并对矿车进行计数，结合轨道式传感器的称重，对矿车计量数据的可靠性、真实性进行准确、全面的监控。

Description

基于图像处理的矿车计量监控系统

技术领域

本发明涉及矿车计量监控系统，特别涉及一种基于图像处理的矿车计量监控系统。

背景技术

矿车运输是煤矿原煤运输的重要方式之一。目前，矿车计量原煤主要是采用称重传感器对一节矿车进行称重，在得到矿车和原煤的总质量后，计量主控器自动扣除矿车的皮重得到一节矿车装载原煤的重量。借助多组红外、霍尔、超声波等辅助传感器对一列矿车进行计数并判断矿车的运行方向，主控器分析矿车重量和对矿车节数的计数数据得到一列矿车运输原煤的产量数据。为了确保煤矿产量数据的真实性，管理部门使用摄像仪器实时监视煤矿矿车的计量现场，采集视频图像并存储。在对矿车计量的数据发生异议时，主管部门调出存储在服务器里的矿车计量现场图像，作为专家查找原因、分析计量异常的辅助依据。

但是，该矿车计量系统采用的设备多，连线复杂，任何部件的损坏都会影响计量数据的准确性；辅助传感器易受外界干扰，产生错误信号，造成主控器误判断及计量不准确等问题；图像数据仅仅作为人工监视计量现场以及事后对产量数据真实性分析的一种手段，在计量现场异常时并不能及时作用，矿车称重现场的图像数据没有自动参与称重数据可靠性、真实性的监控。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像处理的矿车计量监控系统，通过对矿车称重现场的图像的采集分析，对矿车计量数据的可靠性、真实性进行准确、全面的监控。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于图像处理的矿车计量监控系统，包括：轨道式传感器，用于对矿车称重，还包括：位于所述轨道式传感器正上方的摄像头和与所述摄像头通信连接的主控器，其中，所述主控器根据所述摄像头采集到的矿车图像数据对所述矿车运行方向进行判别，对所述矿车的运行速度进行计算，并对所述矿车进行计数。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于图像处理的矿车计量监控系统，主控器通过接收摄像头采集的矿车图像数据对矿车运行方向进行判别、对矿车的运行速度进行计算、并对矿车进行计数，结合轨道式传感器的称重，对矿车计量数据的可靠性、真实性进行准确、全面的监控。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于图像处理的矿车计量监控系统第一实施例的结构示意图；

图2为本发明基于图像处理的矿车计量监控系统第二实施例的结构示意图；

图3A为本发明t1时刻采集的图像示意图；

图3B为本发明t2时刻采集的图像示意图；

图4A为本发明采集的完整矿车的图像示意图；

图4B为本发明采集的非完整矿车的图像示意图；

图5为本发明基于图像处理的矿车计量监控系统第三实施例的结构示意图；

图6A为本发明激光标线器对矿车中的物料进行指示标线的结构示意图；

图6B为本发明激光标线器对矿车中的物料进行指示标线的图像示意图；

图7A为本发明的标线异常图像示意图；

图7B为本发明的有遮挡异常图像示意图。

具体实施方式

图1为本发明基于图像处理的矿车计量监控系统第一实施例的结构示意图。如图1所示，该矿车计量监控系统包括：轨道式传感器1，用于对矿车100称重，还包括：位于轨道式传感器1正上方的摄像头2和与摄像头2通信连接的主控器3，其中，主控器3根据摄像头2采集到的矿车图像数据对矿车100运行方向进行判别，对矿车100的运行速度进行计算，并对矿车100进行计数。

本实施例提供的基于图像处理的矿车计量监控系统，主控器3通过接收摄像头2采集的矿车图像数据对矿车100运行方向进行判别、对矿车100的运行速度进行计算、并对矿车100进行计数，结合轨道式传感器1的称重，对矿车100计量数据的可靠性进行准确、全面的监控。

图2为本发明基于图像处理的矿车计量监控系统第二实施例的结构示意图。如图2所示，该矿车计量监控系统包括如上述第一实施例中的轨道式传感器1、摄像头2和主控器3。其中，主控器3具体可以包括：图像分析模块31，用于获取摄像头2采集的相邻的两幅图像中的矿车图像数据，分别计算两幅图像中矿车100的车厢边缘与图像的边缘的距离，得到第一距离和第二距离，并获取相邻的两幅图像的时间间隔；方向判别模块32，用于根据图像分析模块31计算得到的第一距离和第二距离的大小判别矿车100的运行方向；速度计算模块33，用于根据图像分析模块31计算得到的第一距离和第二距离的差值绝对值和获取的时间间隔计算矿车100的运行速度。

图3A为本发明t1时刻采集的图像示意图，图3B为本发明t2时刻采集的图像示意图。具体地，图像分析模块31获取摄像头2采集的相邻的两幅图像，分别为图3A所示图像和图3B所示图像，计算两幅图像中矿车100的车厢边缘与图像的边缘的距离，得到第一距离L_t1和第二距离L_t2，并获取相邻的两幅图像的时间间隔Δt＝t2-t1。方向判别模块32根据图像分析模块31计算得到的第一距离L_t1和第二距离L_t2的大小判别矿车100的运行方向。例如，L_t2＞L_t1，则说明矿车100的运行方向为上行，即从煤矿开采地驶出；若L_t2＜L_t1，则说明矿车100的运行方向为下行，即驶入煤矿开采地。速度计算模块33根据图像分析模块31计算得到的第一距离L_t1和第二距离L_t2的差值绝对值和获取的时间间隔计算矿车100的运行速度。

即，矿车100的运行速度为： $v=\frac{|L_{t2}-L_{t1}|}{\mathrm{\Δt}}.$

另外，如图2所示，图像分析模块31还用于分析摄像头2采集的图像中的矿车图像数据是否标识一辆完整的矿车，主控器3还可以包括：计数标识模块34，用于当图像分析模块31分析图像为一辆完整的矿车，则计数标识置″1″，当图像分析模块31分析图像不是一辆完整的矿车，则计数标识置″0″；计数器35，用于根据计数标识模块34的计数标识对轨道上运行的矿车进行计数。

图4A为本发明采集的完整矿车的图像示意图，图4B为本发明采集的非完整矿车的图像示意图。具体地，图像分析模块31还用于分析摄像头2采集的图像中的矿车图像数据是否标识一辆完整的矿车100，具体分析方法可以是分析图像中矿车100车厢边缘线围成一封闭曲线且图像中部没有轨道出现的即标识图像中为完整的矿车100，如图4A所示，否则，图像中出现的矿车100分别为两个矿车100的一部分，如图4B所示。当图像分析模块31分析图像为一辆完整的矿车100时，首先判断计数标识模块34的计数标识是否已经置为″1″，″1″仅代表已经对该完整矿车100进行了计数的一个标识，也可以是其他标识；当判断计数标识模块34的计数标识并未置″1″，例如还是″0″，则将该计数标识置为″1″，并通过计数器35对轨道上运行的矿车100进行计数，即计数值加″1″；当判断计数标识模块34的计数标识已经置″1″，则说明对该完整的矿车100已经进行过计数，该现象是由摄像头2的采集图像时间间隔短，可能会采集到多幅完整的矿车100的图像所造成的。当图像分析模块31分析图像并非一辆完整的矿车100时，判断计数标识模块34的计数标识是否已经置为″0″，若没有，则将计数标识置为″0″，否则，不变。通过上述分析和计数，可以完成对通过矿车100的准确计数。

本实施例提供的基于图像处理的矿车计量监控系统，具体介绍了主控器3通过接收摄像头2采集的矿车图像数据对矿车100运行方向进行判别、对矿车100的运行速度进行计算、并对矿车100进行计数的方法，结合轨道式传感器1的称重，对矿车100的计量数据的可靠性进行准确、全面的监控。

图5为本发明基于图像处理的矿车计量监控系统第三实施例的结构示意图。如图5所示，该矿车计量监控系统包括如上述第一实施例中的轨道式传感器1、摄像头2和主控器3，该矿车计量监控系统还可以包括位于轨道式传感器1斜上方的激光标线器4，用于产生横向的指示标线。其中，主控器3还可以包括：高度计算模块36，用于根据摄像头2采集的图像中矿车100上的第一指示标线和地面上的第二指示标线的投影距离L和激光标线器4产生指示标线的角度α计算矿车100中物料的高度；体积计算模块37，用于根据高度计算模块36计算得到的矿车100中物料的高度计算矿车100中物料的体积。

图6A为本发明激光标线器对矿车中的物料进行指示标线的结构示意图，图6B为本发明激光标线器对矿车中的物料进行指示标线的图像示意图。具体地，高度计算模块36根据摄像头2采集的图像中矿车100上的第一指示标线5和地面上的第二指示标线6的投影距离L和激光标线器4产生指示标线的角度α计算矿车100中物料的高度，如图6A所示，该投影距离L和激光标线器4产生指示标线的角度α为构成的直角三角形中的一条直角边和一个锐角，从而利用三角函数能够计算得到另一直角边的大小，该另一直角边的大小减去矿车100的厢底与轨道所在地面的距离，即可得到矿车100的车厢内所运物料的高度h。由于车厢内所装物料的顶面并非完全水平的平面，为了使得高度h的值更加准确，可以取多幅相邻图像中的激光标线间的距离，并对计算得到的多个高度h进行统计，从而使得计算得到的高度h更加准确。体积计算模块37根据高度计算模块36计算得到的矿车100中物料的高度计算矿车100中物料的体积，即已知矿车的车厢的长和宽，计算得到高度h后，即可计算得到物料的体积。

另外，由体积计算模块37计算得到矿车100中物料的体积后，通过主控器3中的煤与矸石辨别模块38，根据体积计算模块37计算得到的矿车中物料的体积和轨道式传感器1对该矿车100称重后得到的矿车100中物料的实际重量，能够计算矿车100中物料的比重，并根据得到的比重辨别矿车100中物料是煤或矸石，一般煤的比重(堆积密度)为0.8～0.9t/m³，矸石的比重为1.4～1.8t/m³，通过判断计算得到的物料的比重是接近于煤的比重还是接近于矸石的比重，来确定该矿车中的物料是煤还是矸石，从而做到自动区分煤和矸石。

另外，该矿车计量监控系统的主控器中还可以包括报警模块39，用于当煤与矸石辨别模块38计算得到的矿车中物料的比重不在煤的比重范围内且不在矸石的比重范围内时，由煤与矸石辨别模块38触发该报警模块39并报警，从而辨别出通过的矿车是否为假空车或是假重车，避免监管部门对矿车监控的不准确，从而造成国家税收的损失或是煤矿工人奖金的损失。

本实施例中，主控器3中还可以包括第二实施例中的图像分析模块31、方向判别模块32、速度计算模块33、计数标识模块34和计数器35，从而实现矿车计量监控的更多功能。

本实施例提供的基于图像处理的矿车计量监控系统，具体介绍了主控器3通过接收摄像头2采集的矿车图像数据对矿车中的物料进行辨识的方法，从而能够结合轨道式传感器1的称重，对矿车100的计量数据的可靠性、真实性进行准确、全面的监控。

上述实施例中所描述的基于图像处理的矿车计量监控系统中的主控器3中还可以包括异常处理模块30，如图5所示，用于对摄像头2采集的图像的异常现象进行检测，若图像异常，则触发报警模块39报警，并存储该异常的图像。图7A为本发明的标线异常图像示意图，图7B为本发明的有遮挡异常图像示意图。如图7A所示，图中标线7的位置不正确，在没有矿车时，标线7应位于图像的一侧，如图7B所示，图中矿车100的形状不规则，说明矿车有遮挡。另外，还存在图像中无任何图像的情况，即说明可能是摄像头前方出现遮挡物。上述描述了本发明的几种异常图像的情况，但不限于还有其他图像异常的情况出现，其均属于本发明所保护的范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于图像处理的矿车计量监控系统，包括：轨道式传感器，用于对矿车称重，其特征在于，还包括：位于所述轨道式传感器正上方的摄像头和与所述摄像头通信连接的主控器，其中，所述主控器根据所述摄像头采集到的矿车图像数据对所述矿车运行方向进行判别，对所述矿车的运行速度进行计算，并对所述矿车进行计数。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的矿车计量监控系统，其特征在于，所述主控器包括：

图像分析模块，用于获取所述摄像头采集的相邻的两幅图像中的所述矿车图像数据，分别计算所述两幅图像中所述矿车的车厢边缘与所述图像的边缘的距离，得到第一距离和第二距离，并获取相邻的所述两幅图像的时间间隔；

方向判别模块，用于根据所述图像分析模块计算得到的所述第一距离和第二距离的大小判别所述矿车的运行方向；

速度计算模块，用于根据所述图像分析模块计算得到的所述第一距离和第二距离的差值绝对值和获取的所述时间间隔计算所述矿车的运行速度。

3.根据权利要求2所述的基于图像处理的矿车计量监控系统，其特征在于，所述图像分析模块还用于分析所述摄像头采集的所述矿车图像数据是否标识一辆完整的所述矿车，所述主控器还包括：

计数标识模块，用于当所述图像分析模块分析所述图像为一辆完整的所述矿车，则矿车计数标识置1，当所述图像分析模块分析所述图像不是一辆完整的所述矿车，则计数标识置0；

计数器，用于根据所述计数标识模块的计数标识对所述矿车进行计数。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于图像处理的矿车计量监控系统，其特征在于，还包括：位于所述轨道式传感器斜上方的激光标线器，用于产生指示标线；所述主控器还包括：

高度计算模块，用于根据所述摄像头采集的所述图像中所述矿车上的第一指示标线和地面上的第二指示标线的投影距离和所述激光标线器产生所述指示标线的角度计算所述矿车中物料的高度；

体积计算模块，用于根据所述高度计算模块计算得到的所述矿车中物料的高度计算所述矿车中物料的体积。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的矿车计量监控系统，其特征在于，所述主控器还包括：煤与矸石辨别模块，用于根据所述体积计算模块计算得到的所述矿车中物料的体积和所述轨道式传感器对所述矿车称重后得到的所述矿车中物料的实际重量计算所述矿车中物料的比重，并辨别所述矿车中物料是煤或矸石。

6.根据权利要求5所述的基于图像处理的矿车计量监控系统，其特征在于，所述主控器还包括：报警模块，用于当所述煤与矸石辨别模块计算得到的所述矿车中物料的比重不在所述煤的比重范围内且不在所述矸石的比重范围内时，由所述煤与矸石辨别模块触发并报警。

7.根据权利要求1所述的基于图像处理的矿车计量监控系统，其特征在于，所述主控器还包括：异常处理模块，用于对所述摄像头采集的图像的异常现象进行检测，若所述图像异常，则触发报警并存储所述图像。

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