CN109189010A - 一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统及其控制方法,包括视觉模块、系统控制模块、系统执行模块、实时图像分析模块和视觉反馈控制模块。本发明利用实时图像分析方法,通过工业相机在图像中检测出卸料口下方一定范围内的料堆轮廓线,结合视觉系统标定结果得到与目标料位的实际偏差,再根据一定的控制律计算出消除该偏差所需的卸料闸门开度,并据此对卸料闸门的开度进行实时调节。通过本发明提供的装车系统和方法能够取得更高的作业效率,在尽可能短的时间内实现平稳装车,同时避免随着车厢料位越来越高或剩余容积越来越小导致的撒料情况。并可实现操作人员远程实时调节,实现对砂石骨料装车的智能控制。

Description

一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及砂石骨料装车控制技术领域,尤其涉及一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统及其控制方法。
背景技术
大多数砂石骨料装车系统都是由控制室操作人员来控制卸料闸门的开合,并通过语音来指挥驾驶员挪动车辆。运输车辆驶入时,操作员协助驾驶员将车辆停靠在卸料口下方适当位置后开始卸料,当车厢内料堆达到预定高度时,操作员关闭卸料闸门并提示驾驶员将车辆移动一定距离后继续卸料装车,重复上述流程逐堆将整个车厢装满后,提示驾驶员驶离。采用此种人工装车进行装车作业时,装车作业质量直接受到操作员及驾驶员经验的影响,如车辆停靠位置、每个卸料点之间的距离、不同车厢大小及物料种类时闸门的调节规律、通过显示器判断作业情况时的视差适应等,并且操作员重复劳动强度大,当运输车辆较多时,容易产生疲劳而引发生产事故,存在一定安全隐患,且装车效率低,后续车辆等待时间较长。
现有技术中,还有部分装车系统采用超声波测距料位检测方法,该系统利用安装在卸料口附近的超声波传感器向下探测车厢及料堆的高度变化,此种装车系统的工作流程及原理大致为:在车辆缓慢驶入阶段,当超声波传感器探测到的距离由高变低时,系统认为车厢部分已位于卸料口下方,经过短暂的延时发出语音信号来提示驾驶员驻车,并根据该高度距离变化的幅度计算出装车目标高度并开始卸料;卸料时超声波传感器检测料堆高度的变化,当达到预定高度时系统关闭卸料闸门,并提示驾驶员移动车辆;车辆移动时,通过料堆高度的变化,结合固定的散料自然堆放角度来推算车辆的实时移动距离,当移动距离达到预期时系统发出语音信号提示驾驶员驻车;重复以上流程,当所探测距离突然增大时表示车辆已驶离卸料口下方。此种装车系统避免了操作人员经验及疲劳对作业效率的影响并且成本较低,但依然存在一些问题,比如:由于卸料料流遮挡使卸料口正下方的料位无法被直接检测,而物料堆积过程中料堆角度实时波动且料堆轮廓为不确定曲线,因此根据料位测量值及堆放角推算得到的最高料位不准确;不能快速得到完整的料堆轮廓曲线,间歇装车方式下不便于对作业过程进行调度;流动的颗粒状料堆表面、散料颗粒的飞溅、卸料烟尘等使导致回波丢失、多次反射或遮挡、削弱及虚假回波等情况,使测量数据包含大量噪声。
因此,现有技术还有待发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统及其控制方法,旨在解决现有技术中心对作业信息测量不准确及无法测量的目的。
为了达到上述目的,本发明采取了以下技术方案:
一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统,包括视觉模块、系统控制模块、系统执行模块、实时图像分析模块和视觉反馈控制模块,
视觉模块,用于图像数据的采集与分析,
系统控制模块,用于接收视觉模块的处理结果,按照内部存储预设的控制策略输出实际控制信号;
系统执行模块,根据系统控制模块输出的实际控制信号作为料门开度控制器的输入信号;
实时图像分析模块,根据实时图像分析方法,通过视觉模块监测得到的数据计算得出与目标料位的实际偏差,再根据控制律计算出消除该偏差所需的卸料闸门开度,并据此对卸料闸门的减小速率进行实时调节;
视觉反馈控制模块,用于反馈料门的实时信息。
进一步的,所述视觉模块包括图像采集模块和图像处理模块;
图像采集模块,根据频帧等要求采集与传输包含车厢内料堆及卸料闸门的图像;
图像处理模块,对图像采集模块所采集的图像按一定算法进行处理,提取控制环节所需的信息。
进一步的,所述图像采集模块包括工业相机、图像采集卡、光源,所述图像处理模块包括图像处理计算机。
进一步的,视觉反馈控制模块,包括料位反馈模块和卸料闸门开度反馈模块,所述料位反馈模块的输入量为固定设定值,所述料位反馈模块的输出量为所需卸料闸门开度,所述卸料闸门开度反馈模块的输入量为所需卸料闸门开度。
进一步的,所述光源用于提供良好的光源形式以满足作业图像处理要求。
进一步的,一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统控制方法,包括如下步骤,
步骤S1:通过视觉模块检测出到达初始卸料点的砂石骨料车卸料口下方的料堆轮廓线;
步骤S2:根据步骤S1检测到的料堆轮廓线,得到与目标料位的实际偏差;
步骤S3:通过控制律计算出消除实际偏差所需的卸料阀门开度;
步骤S4:根据计算得出的卸料阀门开度对卸料阀门开度实时调节,直到实际偏差为零。
本发明与现有技术相比的有益效果:本发明利用实时图像分析方法,通过工业相机在图像中检测出卸料口下方一定范围内的料堆轮廓线,结合视觉系统标定结果得到与目标料位的实际偏差,再根据一定的控制律计算出消除该偏差所需的卸料闸门开度,并据此对卸料闸门的开度进行实时调节。通过本发明提供的装车系统和方法能够取得更高的作业效率,在尽可能短的时间内实现平稳装车,同时避免随着车厢料位越来越高或剩余容积越来越小导致的撒料情况。并可实现操作人员远程实时调节,实现对砂石骨料装车的智能控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于单目视觉的机器视觉系统控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是,本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语,仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的,而不应该认为是具有限制性的。
如图1所示,为本发明具体实施例的一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统,
一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统,包括视觉模块、系统控制模块、系统执行模块、实时图像分析模块和视觉反馈控制模块,
视觉模块,用于图像数据的采集与分析,
系统控制模块,用于接收视觉模块的处理结果,按照内部存储预设的控制策略输出实际控制信号;
系统执行模块,根据系统控制模块输出的实际控制信号作为料门开度控制器的输入信号;
实时图像分析模块,根据实时图像分析方法,通过视觉模块监测得到的数据计算得出与目标料位的实际偏差,再根据控制律计算出消除该偏差所需的卸料闸门开度,并据此对卸料闸门的减小速率进行实时调节;
视觉反馈控制模块,用于反馈料门的实时信息。系统执行模块主要是卸料闸门,卸料闸门执行机构一般为气缸,此外还包括信号灯、显示器、输入设备。
具体的,所述视觉模块包括图像采集模块和图像处理模块;
图像采集模块,根据频帧等要求采集与传输包含车厢内料堆及卸料闸门的图像;
图像处理模块,对图像采集模块所采集的图像按一定算法进行处理,提取控制环节所需的信息。
具体的,所述图像采集模块包括工业相机、图像采集卡、光源,所述图像处理模块包括图像处理计算机。所述图像处理计算机可以是工控PC或者其他嵌入式处理器。
具体的,视觉反馈控制模块,包括料位反馈模块和卸料闸门开度反馈模块,所述料位反馈模块的输入量为固定设定值,所述料位反馈模块的输出量为所需卸料闸门开度,所述卸料闸门开度反馈模块的输入量为所需卸料闸门开度。
具体的,所述光源用于提供良好的光源形式以满足作业图像处理要求。
本发明中的相机布设光轴在地面的投影与车辆中轴线应当保持垂直,且投影线通过卸料口中心在地面的投影点,同时根据镜头焦距将相机与卸料口保持一定距离,使相机能够采集到所需范围内的料堆图像,相机安装时,应当保证相机可以采集到高于车厢上沿的料堆轮廓曲线,以及卸料闸门活动部件的运动情况。光源布设采用单向照明的光源形式,将光源与相机置于车辆行驶方向的同一侧,对料堆及卸料闸门运动范围提供足够的照明,光源的光照应尽量均匀,使图像中料堆各部分及不同位置下的卸料闸门获得较一致的光照强度。
具体的,一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统控制方法,包括如下步骤,
步骤S1:通过视觉模块检测出到达初始卸料点的砂石骨料车卸料口下方的料堆轮廓线;
步骤S2:根据步骤S1检测到的料堆轮廓线,得到与目标料位的实际偏差;
步骤S3:通过控制律计算出消除实际偏差所需的卸料阀门开度;
步骤S4:根据计算得出的卸料阀门开度对卸料阀门开度实时调节,直到实际偏差为零。
本发明利用实时图像分析方法,通过工业相机在图像中检测出卸料口下方一定范围内的料堆轮廓线,结合视觉系统标定结果得到与目标料位的实际偏差,再根据一定的控制律计算出消除该偏差所需的卸料闸门开度,并据此对卸料闸门的开度进行实时调节。通过本发明提供的装车系统和方法能够取得更高的作业效率,在尽可能短的时间内实现平稳装车,同时避免随着车厢料位越来越高或剩余容积越来越小导致的撒料情况。并可实现操作人员远程实时调节,实现对砂石骨料装车的智能控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统,包括视觉模块、系统控制模块、系统执行模块、实时图像分析模块和视觉反馈控制模块,其特征在于:
视觉模块,用于图像数据的采集与分析,
系统控制模块,用于接收视觉模块的处理结果,按照内部存储预设的控制策略输出实际控制信号;
系统执行模块,根据系统控制模块输出的实际控制信号作为料门开度控制器的输入信号;
实时图像分析模块,根据实时图像分析方法,通过视觉模块监测得到的数据计算得出与目标料位的实际偏差,再根据控制律计算出消除该偏差所需的卸料闸门开度,并据此对卸料闸门的减小速率进行实时调节;
视觉反馈控制模块,用于反馈料门的实时信息。
2.根据权利要求1所述的基于单目视觉的机器视觉系统,其特征在于:所述视觉模块包括图像采集模块和图像处理模块;
图像采集模块,根据频帧等要求采集与传输包含车厢内料堆及卸料闸门的图像;
图像处理模块,对图像采集模块所采集的图像按一定算法进行处理,提取控制环节所需的信息。
3.根据权利要求1所述的基于单目视觉的机器视觉系统及其控制方法,其特征在于:所述图像采集模块包括工业相机、图像采集卡、光源,所述图像处理模块包括图像处理计算机。
4.根据权利要求1所述的基于单目视觉的机器视觉系统及其控制方法,其特征在于:视觉反馈控制模块,包括料位反馈模块和卸料闸门开度反馈模块,所述料位反馈模块的输入量为固定设定值,所述料位反馈模块的输出量为所需卸料闸门开度,所述卸料闸门开度反馈模块的输入量为所需卸料闸门开度。
5.根据权利要求3所述的基于单目视觉的机器视觉系统及其控制方法,其特征在于:所述光源用于提供良好的光源形式以满足作业图像处理要求。
6.一种基于单目视觉的砂石骨料装车视觉系统控制方法,其特征在于:包括如下步骤,
步骤S1:通过视觉模块检测出到达初始卸料点的砂石骨料车卸料口下方的料堆轮廓线;
步骤S2:根据步骤S1检测到的料堆轮廓线,得到与目标料位的实际偏差;
步骤S3:通过控制律计算出消除实际偏差所需的卸料阀门开度;
步骤S4:根据计算得出的卸料阀门开度对卸料阀门开度实时调节,直到实际偏差为零。
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