CN107346542B - 一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警系统及方法，包括分别安装于每个液压支架双立柱相同位置的十字目标靶、图像传感器和微型计算机模块，图像传感器固定在液压支架护帮板的内侧，微型计算机模块固定在液压支架上，所述图像传感器与微型计算机模块连接。本发明通过视觉图像分析，使得每个液压支架在进行立柱下降、移架、立柱升起运动时均可被监测，进而形成若干个周期，当两个液压支架之间的距离过小时，发出预警同时反馈该液压支架的架号，便于工作人员及时采取措施，防止发生两个液压支架相互挤死的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种预警系统及方法，具体是一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警系统及方法。
背景技术
随着综采工作“少人化”的提出和持续的发展，综采面内的信息采集和管理日益成为许多学者和专家日益重视的话题。随着机器视觉的发展，各种图像采集设备发展迅速，图像传感器的体型越来越小，功能日益强大，已经越来越成为空间信息获取的主要来源。
液压支架的挤死问题一直是综采工作所需面对的重要问题之一。由于采面底板不平或者液压支架推移不平衡，都会造成液压支架不能按照垂直煤壁方向前进，造成相邻两液压支架产生相互靠近运动的趋势，如果这种趋势继续运动，将造成两液压支架相互挤死，不能继续运动，造成整个综采平面的瘫痪，由于液压支架重量大，很难对液压支架位置进行滞后的调整，整个调整周期较长，甚至可能造成整个综采面数周的瘫痪，造成巨额经济损失。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警系统及方法，通过视觉图像分析，可在液压支架进行立柱下降、移架、立柱升起运动过程中当两个液压支架之间的距离过小时，发出预警同时反馈该液压支架的架号，便于工作人员及时采取措施，防止发生两个液压支架相互挤死的情况。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警系统，包括分别安装于每个液压支架双立柱相同位置的十字目标靶、图像传感器和微型计算机模块，图像传感器固定在液压支架护帮板的内侧，微型计算机模块固定在液压支架上，所述图像传感器与微型计算机模块连接。
进一步，所述图像传感器为防爆本安型摄像头。
进一步，所述十字目标靶为贴有十字形LED灯组的矩形标记靶。
进一步，还包括报警装置，所述报警装置与微型计算机模块连接。
一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警方法，具体步骤为：
(1)将十字目标靶和图像传感器安装完成后，在图像传感器初次采集图像之前，人工调整图像传感器角度，使每台液压支架上的图像传感器均能采集到本架和其移架方向上相邻液压支架的总共四个十字目标靶图像，并使得两个相邻液压支架上的相邻的十字目标靶图像呈于图像平面中心，完成图像传感器角度调节过程，并将该图像进行高斯平滑处理后作为模板存储在微型计算机模块中；
(2)在采煤机完成当前液压支架位置的截割工作后，该液压支架依次进行立柱下降、移架、立柱升起运动，到达所需位置时，打开护帮板；
(3)在护帮板完全打开后处于护帮板内侧的图像传感器开始拍摄采集图像，并将该图像传给微型计算机模块；
(4)微型计算机模块接收到采集的图像后，采用中值滤波对图像进行降噪操作；
(5)微型计算机模块利用模板进行图像匹配，确定采集图像中的所有十字LED灯组图像中所在位置，对图像进行区域分割，所用模板为步骤(1)得到的模板图像，分割方式为两种，产生三组数据空间，分别为：
A、采用由采集图像中心像素开始回字形向外侧搜索匹配模板的方式，当采集到靠近中心像素最近的两个与模板匹配的十字目标靶图像时停止搜索，并将该包括两个匹配图像的区域分割成图像a；
B、上述两个LED十字图像中每个LED十字图像本身各自一侧相邻的LED十字所组成的图像单元，共两组，分别为图像b和图像c；
(6)分别根据图像b和图像c中LED十字图像中水平边和竖直边的长度，利用仿射变换理论得出相对于射影空间在实际空间中所成相对角度，进而得到相邻两个液压支架的相对角度，从而按照实际工况，计算出该工况下的许用安全距离；
(7)将图像a中两个LED十字图像单元之间的相互距离与步骤(5)得到的许用安全距离进行比对，若相互距离小于许用安全距离，则微型计算机模块将当前的液压支架架号发送给上层控制单元，并通过报警装置预警；
(8)在下一个液压支架进行立柱下降、移架、立柱升起运动时，重复步骤(2)～(7)对该液压支架进行监测。
与现有技术相比，本发明采用十字目标靶、图像传感器和微型计算机模块相结合的方式，每个液压支架在进行立柱下降、移架、立柱升起运动时均可被监测，进而形成若干个周期，对每个监控周期之后的液压支架挤死危险进行评估，能有效地避免液压支架之间相互挤死的危险，且便于人员对危险情况进行提前排险处理，确保了综采面的稳定安全运行，大大减少了由液压支架挤死造成的巨额财产损失，并有效降低采面人员的工作强度，利于采面“少人化”工作的开展，且利用掩护式液压支架的固有的打开和回收护帮板的动作确保了图像采集模块的安全使用，减少由于截割造成的飞溅物击伤图像传感器的可能，大大增加了图像采集的安全性。
附图说明
图1是本发明中十字目标靶的安装位置示意图；
图2是本发明中图像分割后的三个区域示意图；
图3是本发明中图像传感器的安装位置示意图；
图4是本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警系统，包括分别安装于每个液压支架双立柱相同位置的十字目标靶、图像传感器和微型计算机模块，图像传感器固定在液压支架护帮板的内侧，随护帮板收起隐藏于护帮板与液压支架顶梁之间，以起到在采煤机截割过程中，避免溅射物体等对图像传感器造成损坏。微型计算机模块固定在液压支架上，所述图像传感器与微型计算机模块连接。
进一步，所述图像传感器为防爆本安型摄像头。采用防爆本安型摄像头可适应矿井下的特殊工况环境。
进一步，所述十字目标靶为贴有十字形LED灯组的矩形标记靶。
进一步，还包括报警装置，所述报警装置与微型计算机模块连接。设置报警装置可在两个液压支架之间发生挤死可能时，进行报警提示矿井下人员注意，及时采取相应措施。
一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警方法，具体步骤为：
(1)将十字目标靶和图像传感器安装完成后，在图像传感器初次采集图像之前，由于煤壁基本垂直，故在成像空间内能拍摄到2～3架液压支架朝向煤壁一侧的多个标记靶图像，人工调整图像传感器角度，使每台液压支架上的图像传感器均能采集到本架和其移架方向上相邻液压支架的总共四个十字目标靶图像，并使得两个相邻液压支架上的相邻的十字目标靶图像呈于图像平面中心，完成图像传感器角度调节过程，并将该图像进行高斯平滑处理后作为模板存储在微型计算机模块中；
(2)在采煤机完成当前液压支架位置的截割工作后，该液压支架依次进行立柱下降、移架、立柱升起运动，到达所需位置时，打开护帮板；
(3)在护帮板完全打开后处于护帮板内侧的图像传感器开始拍摄采集图像，并将该图像传给微型计算机模块；
(4)微型计算机模块接收到采集的图像后，为了增加处理速度，采用中值滤波对图像进行降噪操作；
(5)微型计算机模块利用模板进行图像匹配，确定采集图像中的所有十字LED灯组图像中所在位置，对图像进行区域分割。所用模板为步骤(1)得到的模板图像，分割方式为两种，产生三组数据空间，分别为：
A、采用由采集图像中心像素开始回字形向外侧搜索匹配模板的方式，当采集到靠近中心像素最近的两个与模板匹配的十字目标靶图像时停止搜索，并将该包括两个匹配图像的区域分割成图像a；
B、上述两个LED十字图像中每个LED十字图像本身各自一侧相邻的LED十字所组成的图像单元(即为每个液压支架上两十字目标靶所成图像)，共两组，分别为图像b和图像c；
(6)分别根据图像b和图像c中LED十字图像中水平边和竖直边的长度，利用仿射变换理论得出相对于射影空间在实际空间中所成相对角度，进而得到相邻两个液压支架的相对角度，从而按照实际工况(可根据支架尺寸，支架间理论安全距离等)，计算出该工况下的许用安全距离；
(7)将图像a中两个LED十字图像单元之间的相互距离与步骤(5)得到的许用安全距离进行比对，若相互距离小于许用安全距离，则微型计算机模块将当前的液压支架架号发送给上层控制单元，并通过报警装置预警；
(8)在下一个液压支架进行立柱下降、移架、立柱升起运动时，重复步骤(2)～(7)对该液压支架进行监测。
Claims (3)
1.一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警方法，其特征在于，采用的防液压支架挤死的预警系统包括分别安装于每个液压支架双立柱相同位置的十字目标靶、图像传感器、微型计算机模块和报警装置，图像传感器固定在液压支架护帮板的内侧，微型计算机模块固定在液压支架上，所述图像传感器与微型计算机模块连接，所述报警装置与微型计算机模块连接；该方法的具体步骤为：
（1）将十字目标靶和图像传感器安装完成后，在图像传感器初次采集图像之前，人工调整图像传感器角度，使每台液压支架上的图像传感器均能采集到本架和其移架方向上相邻液压支架的总共四个十字目标靶图像，并使得两个相邻液压支架上的相邻的十字目标靶图像呈于图像平面中心，完成图像传感器角度调节过程，并将该图像进行高斯平滑处理后作为模板存储在微型计算机模块中；
（2）在采煤机完成当前液压支架位置的截割工作后，该液压支架依次进行立柱下降、移架、立柱升起运动，到达所需位置时，打开护帮板；
（3）在护帮板完全打开后处于护帮板内侧的图像传感器开始拍摄采集图像，并将该图像传给微型计算机模块；
（4）微型计算机模块接收到采集的图像后，采用中值滤波对图像进行降噪操作；
（5）微型计算机模块利用模板进行图像匹配，确定采集图像中的所有十字LED灯组图像中所在位置，对图像进行区域分割，所用模板为步骤（1）得到的模板图像，分割方式为两种，产生三组数据空间，分别为：
A、采用由采集图像中心像素开始回字形向外侧搜索匹配模板的方式，当采集到靠近中心像素最近的两个与模板匹配的十字目标靶图像时停止搜索，并将该包括两个匹配图像的区域分割成图像a；
B、上述两个LED十字图像中每个LED十字图像本身各自一侧相邻的LED十字所组成的图像单元，共两组，分别为图像b和图像c；
（6）分别根据图像b和图像c中 LED十字图像中水平边和竖直边的长度，利用仿射变换理论得出相对于射影空间在实际空间中所成相对角度，进而得到相邻两个液压支架的相对角度，从而按照实际工况，计算出该工况下的许用安全距离；
（7）将图像a中两个LED十字图像单元之间的相互距离与步骤（5）得到的许用安全距离进行比对，若相互距离小于许用安全距离，则微型计算机模块将当前的液压支架架号发送给上层控制单元，并通过报警装置预警；
（8）在下一个液压支架进行立柱下降、移架、立柱升起运动时，重复步骤（2）～（7）对该液压支架进行监测。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警方法，其特征在于，所述图像传感器为防爆本安型摄像头。
3. 根据权利要求1 所述的一种基于机器视觉的防液压支架挤死的预警方法，其特征在于，所述十字目标靶为贴有十字形LED灯组的矩形标记靶。
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