CN105091678A - 一种地下爆破全方位装药自动寻孔方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种地下爆破全方位装药自动寻孔方法、装置及系统。其中，所述方法包括：获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，图像采集装置的采集方向与激光发生器的发射方向呈预设角度；对激光条纹图像进行图像处理，判断激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，有效断裂点为激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于装药孔孔口处的点；若有，则确定各有效断裂点在激光条纹图像中的图像坐标；根据各有效断裂点的图像坐标，确定装药孔的位置。本发明可实现地下工程爆破装药孔位置的自动识别，且识别准确度高、实现简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下工程爆破装药自动寻孔技术，特别是涉及一种用于地下爆破全方位装药的自动寻孔方法、装置及系统。
背景技术
在地下矿山爆破前，需要将炸药装填到预先打好的爆破装药孔内。目前的做法是由现场施工人员手动操作输药管，将输药管人工插入爆破装药孔内，再由装药车驱动输药管，将其送入爆破装药孔内部。这种方法需要施工人员站在装药车驾驶室外手动进行输药管对孔操作，操作人员极易遭受坍塌、冒顶片帮、落石等人身安全威胁；另外，施工现场的灰尘和炸药装药时的返药问题，一定程度上也会对操作人员的健康造成危害。
因此需要一种自动化的装药孔自动寻孔装置，能够代替人来插拔输药管，自动寻找装药孔的位置，并控制输药管插入到装药孔内，同时还要保证输药管顺畅、快速、准确地插入装药孔内。其中，如何自动、准确地寻找装药孔的位置是需要重点突破的技术难点。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种地下爆破全方位装药自动寻孔方法、装置及系统，以实现装药孔位置的自动识别。
本发明的第一个方面，提供了一种地下爆破全方位装药自动寻孔方法，包括：
获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度；
对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点；
若有，则确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标；
根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
可选的，前述的地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其中，所述对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，包括：
提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线；
根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像；
采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描；
判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则扫描结束，否则继续后续步骤；
根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数；
判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则，继续采用预设长度的扫描窗口向所述基准图像内侧扫描，直至所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束；
统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置；
根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
可选的，前述的地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其中，所述变化参数为斜率变化量、基准坐标系中X坐标向的间距跳变量和基准坐标系中Y坐标向的间距跳变量。
可选的，前述的地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其中，所述提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线之前，还包括：
对所述激光条纹图像进行滤波处理。
可选的，前述的地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其中，所述根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置，包括：
采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为预设三维坐标系下的三维坐标；
根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
可选的，前述的地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其中，所述根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标之后，还包括：
根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程；
根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
可选的，前述的地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其中，所述对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点之后，还包括：
若没有，则生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
本发明的第二个方面，提供了一种处理装置，包括：
获取模块，用于获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度；
判断模块，用于对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点；
第一确定模块，用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标；
第二确定模块，用于根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
可选的，前述的处理装置，其中，所述判断模块，包括：
提取单元，用于提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线；
生成单元，用于根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像；
扫描单元，用于采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描；
第一判断单元，用于判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则继续后续步骤；
计算单元，用于根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数；
第二判断单元，用于判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则，继续采用预设长度的扫描窗口向所述基准图像内侧扫描，直至所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束；
统计单元，用于统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置；
第三判断单元，用于根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
可选的，前述的处理装置，所述判断模块，还包括：
滤波模块，用于对所述激光条纹图像进行滤波处理。
可选的，前述的处理装置，其中，所述第二确定模块，包括：
转换单元，用于采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为预设三维坐标系下的三维坐标；
计算单元，用于根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
可选的，前述的处理装置，其中，所述第二确定模块，还包括：
拟合单元，根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程，并根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
可选的，前述的处理装置，还包括：
生成模块，用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中没有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
本发明的第三个方面，提供了一种地下爆破全方位装药自动寻孔系统，包括：图像采集装置、激光发生器及处理装置，其中，
所述图像采集装置与所述处理装置连接；
所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度；
所述处理装置，包括：
获取模块，用于获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的激光在目标断面上所呈的图像；
判断模块，用于对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点；
第一确定模块，用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标；
第二确定模块，用于根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：
本发明提供的技术方案基于激光条纹在无孔的表面所呈的像为连续的条纹，在有孔的物体表面会出现断裂而呈现不连续的条纹的现象，通过对图像采集装置采集到的激光条纹图像进行图像处理，来确定所述装药孔的位置，实现了装药孔位置的自动识别；此外，本发明提供的技术方案装药孔位置的识别准确度高，实现简单，且成本低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例一提供的地下爆破全方位装药自动寻孔方法的一种实现的流程示意图；
图2示出了本发明实施例一提供的地下爆破全方位装药自动寻孔方法中所述的图像采集装置和所述激光发生器的具体设置实例的示意图；
图3a示出了有效断裂点为一个的激光条纹图像示意图；
图3b示出了有效断裂点为两个的激光条纹图像示意图；
图4示出了本发明实施例一提供的地下爆破全方位装药自动寻孔方法中步骤102的具体实现的流程示图；
图5示出了本发明实施例一提供的地下爆破全方位装药自动寻孔方法中步骤104的具体实现的流程示图；
图6示出了本发明实施例一提供的地下爆破全方位装药自动寻孔方法的另一种实现的流程示意图；
图7示出了本发明实施例二提供的处理装置的结构示意图；
图8示出了本发明实施例二提供的处理装置中所述判断模块的结构示意图；
图9示出了本发明实施例二提供的处理装置中所述第二确定模块的结构示意图；
图10示出了本发明实施例三提供的地下爆破全方位装药自动寻孔系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例一提供的地下爆破全方位装药自动寻孔方法的流程示意图。如图1所示，本实施例一所述的方法的执行主体可以是设置在设备控制端的处理装置，如CPU或图形处理器GPU等等。具体的，本实施例一所述的方法，包括：
步骤101、获取图像采集装置采集到的激光条纹图像。
其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像。所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度。具体的，如图2所示，所述图像采集装置2的采集方向A和所述激光发生器3的发射方向B所呈的角度可以是15度。在实际应用中，所述预设角度可根据实际设计要求或根据现场的实际安装需要来确定。
所述激光发生器发射的至少两条激光条纹可以是平行的两条激光条纹，也可以是交叉的两条激光条纹(如图2所示)。
步骤102、对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点。由于所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度，所以致使所述图像采集装置采集到的激光条纹图像会存在如下现象：
激光条纹在无孔的表面所呈的像为连续的条纹，在有孔的物体表面会出现断裂而呈现不连续的条纹的现象。
例如，图2所示，所述激光发生器3发出的两条交叉的激光条纹沿方向B照射在目标断面上。所述图像采集装置2沿A方向采集所述激光条纹在所述断面上所呈的激光条纹图像，采集到的激光条纹图像如图2所示，会出现断点，激光条纹呈现出不连续的现象。如图2所示的示例：所述图像采集装置采集到的激光条纹图像中的有效断裂点有四个，分别为a，b，c和d点。
本步骤通过对所述激光条纹图像进行图像处理，即可找出所述激光条纹图像中的有效断裂点。具体的，本步骤可采用扫描窗口的图像处理方式，按照一定的步长扫描找出发生突变的点(即超出所设跳变值范围的点)，该突变的点即为有效断裂点；或者本步骤还可采用工作人员根据待处理图像的特点编译的图像处理算法，找出所述激光条纹图像的有效断裂点。其中，采用扫描窗口的图像处理方式找出有效断裂点的具体实现过程可参见本文后续的内容。
实际上，一般情况下由于所述两条或两条以上的激光条纹若在目标断面上所呈的激光条纹图像中有三个或三个以上的有效断裂点，则所述三个或三个以上的有效断裂点中，任意三个有效断裂点都不会在同一条直线上。因此，本步骤可以不需要判断三个或三个以上的有效断裂点都不在同一条直线上。但实际上，可能会存在影响图像处理效果的干扰因素，出现有三个点在同一条直线的情况，当然这样的情况出现的概率较小，由此可以在判断的过程中加入判定三个或三个以上的有效断裂点是否在同一条直线上的步骤。由于三个不在同一条直线上的点才能确定出一个圆，若所述激光条纹图像呈图3a和3b所示的情况时，即所述有效断裂点只有一个(如图3a)或两个(如图3b)时，是无法根据一个点和两个点来确定装药孔的位置的。因此，本步骤除了要找出有效断裂点外，还要统计当前图像采集装置采集的激光条纹图像中的有效断裂点是否有三个或三个以上，若有，则说明当前目标断面上有装药孔，且能根据当前的激光条纹图像确定装药孔的位置；若有一个或两个，则说明当前目标断面上有装药孔，但不能根据当前的激光条纹图像确定出装药孔的位置，需要处理装置生成相应的驱动指令，以使所述图像采集装置和所述激光发生器移动相应距离，直至所述图像采集装置采集到的激光条纹图像中的有效断裂点有三个或三个以上为止；若一个都没有，则说明当前目标断面上没有装药孔，需要处理装置生成相应的驱动指令，以使所述图像采集装置和所述激光发生器移动相应距离，直至所述图像采集装置采集到的激光条纹图像中的有效断裂点有三个或三个以上为止。
步骤103、若有，则确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标。
具体的，处理装置可根据预设的坐标系来标定各有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标。
步骤104、根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
具体的，根据三个或三个以上的有效断裂点的图像坐标，所述处理装置即可根据各图像坐标，确定出所述装药孔孔口的圆心坐标及装药孔的半径。在实际应用中，通常装药孔的大小基本相同，因此若目标断面是垂直于地面的，装药孔是垂直于所述目标断面钻入的，则理论上确定出所述装药孔的孔口的圆心坐标，即确定出了所述装药孔的位置。但在地下矿山中，通常矿洞的内壁并不垂直于地面，内壁可能是圆弧状，因此确定出所述装药孔的孔口的圆心坐标外，还应确定出所述装药孔的孔口的法线方向，即所述装药孔的轴线矢量方向，以便于所述处理装置驱动机械臂上的输药管沿所述装药孔的轴线方向伸入所述装药孔内部。具体的，所述装药孔的孔口的法线方向可通过拟合所述装药孔孔口端面所在平面的平面方程来确定，具体实现可参见本文后续描述的相应内容。
本实施例提供的技术方案基于激光条纹在无孔的表面所呈的像为连续的条纹，在有孔的物体表面会出现断裂而呈现不连续的条纹的现象，通过对图像采集装置采集到的激光条纹图像进行图像处理，来确定所述装药孔的位置，实现了装药孔位置的自动识别；此外，本发明提供的技术方案装药孔位置的识别准确度高，实现简单，且成本低。
进一步的，若上述实施例一中步骤102采用扫描窗口的图像处理方式来实现，可具体采用如下步骤实现，如图4所示，包括：
步骤1021、提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线。
具体的，所述处理装置可采用设定的中心线提取算子提取出所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线。其中，所述设定的中心线提取算子可以是人为预先设定并存储在相应的存储区域内。提取所述激光条纹的中心线的目的是为了生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像，即为了实现步骤1022。
步骤1022、根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像。
在实际应用中，图像采集装置采集到的激光条纹图像中各激光条纹的宽度要大于一个像素，这样在所述激光条纹图像中构成各激光条纹的各点都有多个像素点，致使处理装置在确定所述有效断裂点及有效断裂点的图像坐标时都会变的比较复杂。为了降低计算的复杂度，采用本步骤，将所述激光条纹图像转换为激光条纹的宽度为一个像素的基准图像，这样图像中的一个点就对应一个像素点，计算量和处理过程都变得简单容易。
步骤1023、采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描。
具体的，由所述基准图像外侧向中心的方向为图2所示的方向C1、C2、C3和C4，即所述扫描窗口按照设定步长顺次从所述基准图像外周向中间移动。如图2所示，两条激光条纹，采用沿激光条纹方向的四个扫描窗口，这四个扫描窗口均从所述基准图像的外侧(即处于基准图像最外侧的激光条纹的端点)开始，向基准图像的中心进行扫描。
步骤1024、判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则继续后续步骤。
其中，判断所述当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，可通过判断所述当前扫描窗口的中心坐标是否与所述基准图像的中心坐标重合或者判断所述基准图像的中心坐标是否在所述当前扫描窗口内，若是，则所述当前扫描窗口处于所述基准图像的中心；否则，扫描窗口还可向内移动。
步骤1025、根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数。
具体的，所述处理装置可采用现有技术中的最小二乘拟合或Hough变换算法拟合出所述当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线。其中，所述变化参数可以是斜率变化量、基准坐标系中X坐标向的间距跳变量和基准坐标系中Y坐标向的间距跳变量。所述基准坐标系可以是所述处理装置默认的坐标系。其中，所述斜率变化量是指当前窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点与所述当前窗口边缘点之间的连线的斜率与所述当前扫描窗口内的拟合直线的斜率相比的变化量。
步骤1026、判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则，继续采用预设长度的扫描窗口向所述基准图像内侧扫描，即继续执行步骤1023～1026，直至所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束。
从理论上可知，若当前窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标在X和Y向的间距跳变不在预设范围，且斜率变化也不在预设范围，即说明所述像素点在所述当前扫描窗口内的拟合直线上，即所述像素点不为有效断裂点。相反，若当前窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标在X和Y向的间距跳变满足预设范围，且斜率变化也满足预设范围，即说明所述像素点为有效断裂点。在实际应用中，由于地下矿山中，通常矿洞的内壁的平整度较差。装药孔周围的内壁上会有很多凸凹不平的小坑，但这些小坑使得激光条纹发生断裂不连续的程度要小于装药孔使激光条纹发生断裂不连续的程度，即在扫描一条激光条纹的过程中可能会出现多个发生跳变的点(这些点统称为疑似有效断裂点)，由此可通过设定跳变范围(即本实施例中提到的所述预设范围)来识别出这些疑似有效断裂点中哪一个是装药孔引起激光条纹断裂出现的有效断裂点，即在扫描的过程中实时的判断当前扫描到的点是否发生跳变，若发生跳变则判断跳变的范围是否满足所述预设范围，若未超出，则继续向下扫描，直至找到符合跳变特性的点即认为该点是所要找的有效断裂点。其中，本实施例中提到的所述预设范围可通过实验或实践经验来人为设定。
步骤1027、统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置。
其中，标记的各有效断裂点的位置可以是相对同一个点的相对位置，也可以是相对于基准坐标的绝对位置。
步骤1028、根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
理论上，由于所述两条或两条以上的交叉的激光条纹在目标断面上所呈的激光条纹图像中有三个或三个以上的有效断裂点，则所述三个或三个以上的有效断裂点中，任意三个有效断裂点都不会在同一条直线上。因此可以不用判断这三个或三个以上的有效断裂点是否在同一条直线上。但在实际应用中，由于存在多种影响有效断裂点判断的干扰因素(如图像处理误差或装药孔表面不规则引起的误差等等)，因此可能出现三个或三个以上的有效断裂点在同一条直线上的情况，进而需要进行判断。
这里需要补充的是：通常所述图像采集装置采集到的激光条纹图像中都会存在一些噪声干扰，影响处理装置对所述激光条纹图像的图像处理精度。因此，上述实施例中所述的步骤1021之前，还可以包括如下步骤：
对所述激光条纹图像进行滤波处理。
具体的，所述处理装置可采用卷积滤波法对所述激光条纹图像进行滤波处理，以剔除条纹的噪声干扰，进而提高后续装药孔位置确定的准确性。
再进一步的，本发明实施例提供的所述方法应用在背景技术中提到的自动化的装药孔自动寻孔装置中，即通过装药车机械臂1上的自动寻孔装置，准确识别出装药孔后，将输药管送入所述装药孔内进行装药(如图2所示)。因此，处理装置确定所述装药孔的位置的目的是根据所述位置信息驱动所述装药车机械臂1进行相应的动作，以移动至所述装药孔，并将所述装药车机械臂1上的输药管送入所述装药孔内。由此可知，所述处理装置确定所述装药孔的位置应该是在所述机械臂坐标系下的坐标。具体的，如图5所示，上述实施例所述的步骤104、可采用如下步骤实现：
步骤1041、采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为预设三维坐标系下的三维坐标。
其中，所述预设三维坐标系为装药车机械臂的坐标系。这里需要说明的是：在实际的应用中，本实施例中所述的图像采集装置和所述激光发生器会设置在装药车机械臂上，因此，处理装置需要将确定出的各有效断裂点的图像坐标转换为装药车机械臂末端坐标系下的三维相对坐标，以使所述处理装置能根据该三维相对坐标生成相应的驱动指令，以驱动所述机械臂动作，将所述输药机械臂上的输药管送入所述装药孔中。基于上述内容可知，本实施例所述的方法，需要采用本步骤进行坐标的转换。具体的本步骤可采用如下方法实现：
首先，利用现有的交比不变性原理标定出两个激光平面在图像采集装置坐标系的参数方程；采用设定的标定板标出图像采集装置小孔成像模型的内参数。
然后，根据各所述有效断裂点的图像坐标，激光平面参数和所述图像采集装置的内参数，计算出所述有效断裂点在所述图像采集装置坐标系下的三维坐标。
最后，根据所述手眼关系参数，将所述有效断裂点在所述图像采集装置坐标系下的三维坐标转换为在所述机械臂末端坐标系下的三维相对坐标。
其中，所述图像采集装置和所述激光发生器设置在所述机械臂上的位置确定好后，工作人员可采用基于运动的方法标定出图像采集装置坐标系和机械臂末端坐标系的手眼关系参数。该手眼关系参数确定好后即可存储在预设的存储区内，待后续使用时调用。
步骤1042、根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
更进一步的，由于在矿山中，通常矿洞的内壁并不垂直于地面，内壁可能是圆弧状，因此上述实施例所述步骤104、根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定出的所述装药孔的位置除包括装药孔的圆心坐标外，还应该包括有装药孔的轴线矢量方向，即装药孔孔口的法线方程。即所述实施例中所述步骤1042之后，如图5所示，还包括如下步骤：
步骤1043、根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程。
步骤1044、根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
上述步骤1042、1043和1044均可采用现有技术来实现，此处不再详细赘述。
进一步的，上述实施例一中所述的步骤103、所述对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点之后，还可以包括如下步骤：
若没有，则生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
下面对本发明提供的所述方法的详细流程作具体说明，以帮助理解本发明的技术方案。
结合图2所示，本实例所述的激光发生器3发出的激光条纹为两条交叉的激光条纹，即十字形的激光条纹。机械臂1上顺次设有图像采集装置2与激光发生器3。所述图像采集装置2的采集方向A与激光发生器3的发射方向B之间的夹角为15度。具体的，如图6所示，所述方法过程包括：
步骤S1、处理装置获取图像采集装置采集到的激光条纹图像。
步骤S2、处理装置对所述激光条纹图像进行滤波处理。
步骤S3、处理装置提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线。
步骤S4、处理装置根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像。
步骤S5、处理装置采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描。
具体的，如图2所示，两条激光条纹，采用沿激光条纹方向的四个扫描窗口，这四个扫描窗口均从所述基准图像的外侧(即处于基准图像最外侧的激光条纹的端点)开始，沿着所述激光条纹向基准图像的中心进行扫描。
步骤S6、处理装置判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则继续执行步骤S7。
步骤S7、处理装置根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数。
步骤S8、处理装置判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束(即该方向扫描结束)，并执行步骤S9～S10；否则执行步骤S5～S8。
步骤S9、处理装置统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置。
步骤S10、处理装置根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，若有，则执行步骤S11～S15；否则，执行步骤S16。
步骤S11、处理装置确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标。
步骤S12、处理装置采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为机械臂坐标系下的三维坐标。
步骤S13、处理装置根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
步骤S14、处理装置根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程。
步骤S15、处理装置根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
步骤S16、处理装置生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
需要说明的是：对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图7所示，本发明实施例二提供的处理装置的结构示意图。如图所示，本实施例二所述的处理装置包括：获取模块10、判断模块20、第一确定模块30及第二确定模块40。具体的：所述获取模块10用于获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度。所述判断模块20用于对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点。所述第一确定模块30用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标。所述第二确定模块40用于根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
本实施例提供的所述处理装置可实现上述各方法实施例提供的技术方案，具体的所示处理装置的实现原理及实现过程可参见上述各方法实施例中的相关内容，此处不再赘述。
本实施例提供的技术方案基于激光条纹在无孔的表面所呈的像为连续的条纹，在有孔的物体表面会出现断裂而呈现不连续的条纹的现象，通过对图像采集装置采集到的激光条纹图像进行图像处理，来确定所述装药孔的位置，实现了装药孔位置的自动识别；此外，本发明提供的技术方案对地下工程爆破装药孔位置的识别准确度高，实现简单，且成本低。
进一步的，上述实施例中所述的判断模块可采用如图8所示的结构实现。具体的，所述判断模块包括：提取单元21、生成单元22、扫描单元23、第一判断单元24、计算单元25、第二判断单元26、统计单元27及第三判断单元28。具体的：所述提取单元21用于提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线。所述生成单元22用于根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像。所述扫描单元23用于采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描。所述第一判断单元24用于判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则继续后续步骤。所述计算单元25用于根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数。所述第二判断单元26用于判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则，继续采用预设长度的扫描窗口向所述基准图像内侧扫描，直至所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束。所述统计单元27用于统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置。所述第三判断单元28用于根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
更具体的，上述实施例所述的判断模块还可以包括：滤波单元。如图8所示，所述滤波模块29用于对所述激光条纹图像进行滤波处理，以使所述提取单元基于滤波处理后的所述激光条纹图像进行各激光条纹的中心线的提取。
进一步的，上述实施例中所述的第二确定模块可采用如图9所示的结构实现。具体的，所述第二确定模块包括：转换单元41和计算单元42。具体的：所述转换单元41用于采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为预设三维坐标系下的三维坐标。所述计算单元42用于根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
更进一步的，如图9所示，上述实施例中所述的第二确定模块还可以包括：拟合单元43。所述拟合单元43用于根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程，并根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
进一步的，上述实施例所述的处理装置还可以包括：生成模块。所述生成模块用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中没有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
如图10所示，本发明实施例三提供的地下爆破全方位装药自动寻孔系统的结构示意图。如图10所示，本实施例三所述的系统包括：图像采集装置2、激光发生器3及处理装置4。其中，所述图像采集装置2与所述处理装置4连接。具体的，所述图像采集装置2和所述处理装置4可采用有线连接或无线连接。所述图像采集装置2的采集方向A与所述激光发生器3的发射方向B呈预设角度。在实际应用中所述图像采集装置2和激光发生器3可设置在装药车机械臂1上。所述处理装置可设置在自动寻孔装置的控制设备上。具体的，所述处理装置包括：获取模块、判断模块、第一确定模块及第二确定模块。其中，所述获取模块用于获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度。所述判断模块用于对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点。所述第一确定模块用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中有三个或三个以上的有效断裂点时，确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标。所述第二确定模块用于根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
本实施例提供的技术方案基于激光条纹在无孔的表面所呈的像为连续的条纹，在有孔的物体表面会出现断裂而呈现不连续的条纹的现象，通过对图像采集装置采集到的激光条纹图像进行图像处理，来确定所述装药孔的位置，实现了装药孔位置的自动识别；此外，本发明提供的技术方案装药孔位置的识别准确度高，实现简单，且成本低。
本实施例三中所述的处理装置可采用上述实施例二提供的所述处理装置，具体实现结构可参见上述实施例二中的相应内容，此处不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是，上述方法及交换机中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (14)
1.一种地下爆破全方位装药自动寻孔方法，其特征在于，包括：
获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度；
对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点；
若有，则确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标；
根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，包括：
提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线；
根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像；
采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描；
判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则继续后续步骤；
根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数；
判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则，继续采用预设长度的扫描窗口向所述基准图像内侧扫描，直至所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束；
统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置；
根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变化参数为斜率变化量、基准坐标系中X坐标向的间距跳变量和基准坐标系中Y坐标向的间距跳变量。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线之前，还包括：
对所述激光条纹图像进行滤波处理。
5.根据权利要求1～4中任一所述的方法，其特征在于，所述根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置，包括：
采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为预设三维坐标系下的三维坐标；
根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标之后，还包括：
根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程；
根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
7.根据权利要求1～4中任一所述的方法，其特征在于，所述对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点之后，还包括：
若没有，则生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
8.一种处理装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取图像采集装置采集到的激光条纹图像，其中，所述激光条纹图像为激光发生器发射的至少两条激光条纹在目标断面上所呈的图像，所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度；
判断模块，用于对所述激光条纹图像进行图像处理，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点，其中，所述有效断裂点为所述激光条纹照射在装药孔处时所呈现的不连续条纹中的处于所述装药孔孔口处的点；
第一确定模块，用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，确定各所述有效断裂点在所述激光条纹图像中的图像坐标；
第二确定模块，用于根据各所述有效断裂点的图像坐标，确定所述装药孔的位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断模块，包括：
提取单元，用于提取所述激光条纹图像中各激光条纹的中心线；
生成单元，用于根据提取出的所述各激光条纹的中心线，生成激光条纹的宽度为一个像素的基准图像；
扫描单元，用于采用预设长度的扫描窗口由所述基准图像外侧向中心分别对所述基准图像中的各激光条纹进行扫描；
第一判断单元，用于判断当前扫描窗口是否处于所述基准图像的中心，若是，则所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则继续后续步骤；
计算单元，用于根据当前扫描窗口内的各像素的坐标拟合直线，将所述当前扫描窗口外的紧邻所述当前扫描窗口的像素点的坐标与所述拟合直线进行比较，计算所述像素点相对所述拟合直线的变化参数；
第二判断单元，用于判断所述变化参数是否超出预设范围，若是，则确定所述当前扫描窗口内紧邻所述像素点的点为所述有效断裂点，所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束，否则，继续采用预设长度的扫描窗口向所述基准图像内侧扫描，直至所述当前扫描窗口扫描的激光条纹扫描结束；
统计单元，用于统计确定出的所有有效断裂点的数量并标记各有效断裂点的位置；
第三判断单元，用于根据统计出的所述数量及各有效断裂点的位置，判断所述激光条纹图像中是否有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述判断模块，还包括：
滤波单元，用于对所述激光条纹图像进行滤波处理。
11.根据权利要求8～10中任一所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，包括：
转换单元，用于采用预设的坐标系转换方法，将各所述有效断裂点的图像坐标转换为预设三维坐标系下的三维坐标；
计算单元，用于根据各所述有效断裂点的三维坐标，计算出所述装药孔的圆心坐标。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，还包括：
拟合单元，用于根据各所述有效断裂点的三维坐标，采用预设的拟合算法拟合出所述装药孔端面所在平面的平面方程，并根据所述平面方程，得出所述装药孔的法线方程。
13.根据权利要求8～10中任一所述的装置，其特征在于，还包括：
生成模块，用于当所述判断模块判断出所述激光条纹图像中没有三个或三个以上不在同一条直线上的有效断裂点时，生成当前目标断面上没有装药孔的指示信息，和/或生成驱动指令，以使激光发生器和图像采集装置移动预设距离，继续采集激光条纹图像。
14.一种地下爆破全方位装药自动寻孔系统，其特征在于，包括：图像采集装置、激光发生器及上述权利要求8～13中任一所述的处理装置，其中，
所述图像采集装置与所述处理装置连接；
所述图像采集装置的采集方向与所述激光发生器的发射方向呈预设角度。
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