CN102910437A

CN102910437A - 基于机器视觉的输送带表面图像获取方法

Info

Publication number: CN102910437A
Application number: CN2012104382896A
Authority: CN
Inventors: 苗长云; 杨彦利; 李现国; 李�杰; 梅秀庄; 李哈达; 仲为亮
Original assignee: TIANJIN HENG YI MECHANICAL AND ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; Tianjin Polytechnic University
Current assignee: TIANJIN HENG YI MECHANICAL AND ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，用于在线监测输送带的运行状态，属于光电检测技术领域。一方面，利用线阵CCD相机配备高亮度线形光源来采集输送带的图像信息，另一方面，利用两个或两个以上线形光源为单个线阵CCD相机提供光源。本发明利用两个或两个以上线形光源为单个线阵CCD相机提供光源，能够减少相机的数目，对于宽度不超过1.4m的输送带可以实现单个相机采集输送带的表面图像，有利于在线采集输送带的表面图像。对于长距离运输的输送机，本发明的方法有利于实现输送带的多点监测。

Description

基于机器视觉的输送带表面图像获取方法

技术领域

本发明涉及一种输送带表面图像的获取方法，具体地涉及一种基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，属于光电检测技术领域。

背景技术

带式输送机运输是我国现代化大生产的主要运输方式之一，输送带是带式输送机牵引和运载的重要部件。工作过程中，输送带经常会出现表面损伤和撕裂等故障，严重危及安全生产。利用机器视觉技术监测输送带的运行状态受到了广泛关注，基于机器视觉的输送带在线监测技术得到了快速发展。高品质图像是实现基于机器视觉的输送带在线监测的前提，也就是说，图像获取是对输送带进行视觉监测的一个关键技术。

在运输物料过程中，带式输送机的上皮带是承载带，通常呈槽形且向上弯曲，下皮带为返回段，是不承载的空带且呈平形。为了利用机器视觉技术来监测输送带的运行状态，需要从输送机上皮带的背面对其进行成像，也就是要求图像采集装置安装在输送机上、下皮带之间。工程实际中，输送机上、下皮带之间的空间很小，而且输送带的宽度通常要大于上、下皮带之间的距离。以煤矿行业使用的输送机为例，输送机上、下皮带间的距离通常小于1m，宽度通常大于800mm，而且输送带运行速度快，最快可达6m/s。这就需要对输送带表面图像的采集系统进行独特的设计。

针对输送机上皮带的监测，澳大利亚CBM公司曾经提出了在一个监测截面上使用三个相机来采集输送带图像的方法，每个相机配备一个激光器来提供光源。该方法存在两个方面的不足：一方面，在一个截面上布置多个相机势必会造成监测系统的成本增加；另一个方面，在输送带长距离大运量运输时，需要在输送带的多个截面进行监测，亦即多点监测，在输送带一个截面放置多个相机会造成多点监测时相机的数目过多，给网络传输、图像处理带来不少困难，这不利于监测系统的在线运行。

发明内容

本发明的目的是为解决基于机器视觉的输送带在线监测系统的图像采集问题，提供一种基于机器视觉的输送带表面图像的获取方法，用于在线监测输送带的运行状态。

本发明的一个方面在于，利用线阵CCD相机配备高亮度线形光源来采集输送带的表面图像信息。对于宽度不超过1.4m的输送带，利用单个相机采集输送带的表面图像；对于宽度超过1.4m的输送带，利用两个相机采集输送带的表面图像；对于宽度不超过1.4m的输送带，而图像分辨率要求较高时，采用两个相机采集输送带的表面图像；对于宽度超过1.4m的输送带，而且图像分辨率要求较高时，采用两个以上相机采集输送带的表面图像。

本发明的另一个方面在于，利用两个或两个以上线形光源为单个线阵CCD相机提供光源。

有益效果

本发明利用两个或两个以上线形光源为单个线阵CCD相机提供光源，实现输送带运行过程中表面图像的在线采集。本发明的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，能够减少相机的数目，对于宽度不超过1.4m的输送带可以实现单个相机采集输送带的表面图像，有利于相机参数的设置。对于长距离运输的输送机，本发明的方法有利于实现输送带的多点监测。

附图说明

图1利用一台相机实现本发明的输送带图像采集的示意图；

图2利用两台相机实现本发明的输送带图像采集的示意图；

图3利用三台相机实现本发明的输送带图像采集的示意图；

图4基于机器视觉的输送带表面图像采集设备的安装位置示意图；

图5为本发明的具体实施方式中实施例1的输送带图像采集示意图；

图6为本发明的具体实施方式中实施例2的输送带图像采集示意图；

图7为本发明的具体实施方式中实施例3的输送带图像采集示意图；

图8为本发明的具体实施方式中实施例4的输送带图像采集示意图；

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

一种基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，一方面，利用线阵CCD相机配备高亮度线形光源来采集输送带的图像信息，另一方面，利用两个或两个以上线形光源为单个线阵CCD相机提供光源。

线阵CCD相机个数的最优方案：对于宽度不超过1.4m的输送带，利用单个相机采集输送带的表面图像；对于宽度超过1.4m的输送带，利用两个相机采集输送带的表面图像；对于宽度不超过1.4m的输送带，而图像分辨率要求较高时，采用两个相机采集输送带的表面图像；对于宽度超过1.4m的输送带，而且图像分辨率要求较高时，采用两个以上相机采集输送带的表面图像。

利用一台线阵CCD相机实现本发明的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法的示意图如图1所示。由图1可知，由两个或两个以上线形光源为一台线阵CCD相机提供光源。

利用两台线阵CCD相机实现本发明的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法的示意图如图2所示。由图2可知，每一台线阵CCD相机都由两个或两个以上线形光源为其提供光源。

利用三台线阵CCD相机实现本发明的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法的示意图如图3所示，每一台线阵CCD相机都由两个或两个以上线形光源为其提供光源。

基于机器视觉的输送带表面图像采集设备的安装位置示意图如图4所示，线阵CCD相机的倾斜角用α表示，线形光源的倾斜角用β表示。

线阵CCD相机的最优安装方式：相机镜头朝上；相机倾斜角α的取值范围为(0，90°]，最优取值范围为[75°，90°]。

单个线形光源的最佳安装方式：线形光源自下向上发射光；线形光源可水平放置，也可与水平面呈一定角度；线形光源倾斜角β的取值范围为(0，90°]，最优取值范围为[75°，90°]。

线形光源倾斜角β的取值需要根据线阵CCD相机倾斜角α进行调整，理论上当β＝α时，进入相机的光最多。实际应用中很难准确保证β＝α，因此可通过调整线形光源倾斜角β与线阵CCD相机倾斜角α，保证α与β近似相等，使相机能够清晰成像即可。

多个线形光源的最佳安装方式：在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，从总体上看，两个或两个以上的线形光源排列呈槽型或梯形，与输送机上皮带的外形大体相似。

实施例1：

本实施例用五个线形光源为单个线阵CCD相机提供光源为例来进行说明，单个线阵CCD相机配备五个线形光源来采集输送带表面图像的示意图如图5所示。在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，线形光源3水平放置，其它线形光源与水平面倾斜成一定角度，这样从总体上看，这五个线形光源排列呈槽型。线阵相机放置在输送带的正下方，配备视场角足够大的镜头，通过调整线形光源1～5与皮带的相对位置，使相机能够对整个输送带的一个截面进行成像。

实施例2：

本实施例用三个线形光源为单个线阵CCD相机提供光源为例来进行说明，单个线阵CCD相机配备三个线形光源来采集输送带表面图像的示意图如图6所示。在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，线形光源2水平放置，其它线形光源与水平面倾斜成一定角度，这样从总体上看，这三个线形光源排列呈梯型。线阵相机放置在输送带的正下方，配备视场角足够大的镜头，通过调整线形光源1～3与皮带的相对位置，使线阵CCD相机能够对整个输送带的一个截面进行成像。

实施例3：

本实施例用六个线形光源为两个线阵CCD相机提供光源来采集输送带表面图像为例进行说明，示意图如图7所示。两个线阵CCD相机分别安装在输送带的弯曲段下方，每个线阵CCD相机由三个线形光源来提供光源，线形光源1～3为线阵CCD相机1提供光源，线形光源4～6为线阵CCD相机2提供光源。线形光源1～6与水平面倾斜成一定角度，在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，从总体上看，这六个线形光源排列成呈槽型，与输送机上皮带的外形大体相似。

在与输送带运动方向相垂直的一个截面上，每个线阵CCD相机的视场覆盖半个输送带以上，也就是每个CCD相机能够对一半以上的输送带进行成像，这样将两个相机拍摄的输送带图像进行拼接就可以得到整个输送带截面的图像。

实施例4：

本实施例用三个线形光源为三个线阵CCD相机提供光源来采集输送带表面图像为例进行说明，示意图如图8所示。线阵CCD相机1和线阵CCD相机3分别安装在输送带的弯曲段下方，线阵CCD相机2安装在输送带的正下方。线形光源1和线形光源3与水平面倾斜成一定角度，线形光源2水平放置，在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，从总体上看，这三个线形光源排列成呈梯型，与输送机上皮带的外形大体相似。线阵CCD相机1由线形光源1和线形光源2的一部分来提供光源，线阵CCD相机2由线形光源2、线形光源1和3的一部分来提供光源，线阵CCD相机3由线形光源3和线形光源2的一部分来提供光源。在输送带一个截面上，每个线阵CCD相机拍摄输送带图像的一部分，通过将三个相机拍摄的图像进行拼接来得到整个输送带截面的图像。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，其特征在于：

一方面，利用线阵CCD相机配备高亮度线形光源来采集输送带的图像信息；

另一方面，利用两个或两个以上线形光源为单个线阵CCD相机提供光源。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，其特征在于，所述的线阵CCD相机，线阵CCD相机个数的最优方案是：对于宽度不超过1.4m的输送带，利用单个相机采集输送带的表面图像；对于宽度超过1.4m的输送带，利用两个相机采集输送带的表面图像；对于宽度不超过1.4m的输送带，而图像分辨率要求较高时，采用两个相机采集输送带的表面图像；对于宽度超过1.4m的输送带，而且图像分辨率要求较高时，采用两个以上相机采集输送带的表面图像。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，其特征在于，所述的线阵CCD相机，其最优安装方式：线阵CCD相机镜头朝上；线阵CCD相机倾斜角α的取值范围为(0，90°]，最优取值范围为[75°，90°]。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，其特征在于，所述的线形光源，在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，线形光源可水平放置，也可与水平面呈一定角度。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，其特征在于，所述的两个或两个以上线形光源，在输送机上皮带和线形光源构成的平面内，从总体上看，两个或两个以上线形光源排列呈槽型或梯形，与输送机上皮带的外形大体相似。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的输送带表面图像获取方法，其特征在于，所述的线形光源，其最佳安装方式：线形光源自下向上发射光，线形光源倾斜角β的取值范围为(0，90°]，最优取值范围为[75°，90°]。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，线形光源倾斜角β的取值需要根据线阵CCD相机倾斜角α的值进行调整，理论上需要让β＝α，实际应用中，让β与α近似相等，使相机能够清晰成像即可。