CN109353777B - 基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化检测技术领域，具体涉及一种基于双视觉传感器的输送带纵向撕裂检测装置，包括壳体，壳体内固定设置有红外光发射模块、可见光发射模块、电源模块、红外光探测模块、可见光探测模块、采集数据预处理模块、存储模块和数据处理模块，壳体通过固定底座固定设置在上输送带下方的连接支架上，红外光发射模块和可见光发射模块发射的一字型光束入射到上输送带上后被红外光探测模块和可见光探测模块分别接收后发送给采集数据预处理模块，采集数据预处理模块对采集图像数据进行预处理后发送到数据处理模块，数据处理模块用于对采集数据进行分析，判断输送带是否发生撕裂。本发明提高了输送带纵向撕裂检测的可靠性。

Description

基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置

技术领域

本发明属于自动化检测技术领域，具体涉及一种基于双视觉传感器的输送带纵向撕裂检测装置。

背景技术

输送带主要有普通帆布芯输送带、合成纤维芯输送带、钢丝绳芯输送带等。随着输送机朝着高速度、大规模、超长距离、大倾角的方向发展，钢丝绳芯输送带越来越得到广泛的使用。钢丝绳芯输送带极大地提高了拉伸强度，但其纵向抗撕裂的能力却没有得到提高，仅为橡胶本身的强度，因而容易造成纵向撕裂。带式输送机是厂矿生产运输的大动脉，一旦发生纵向撕裂，将会带来极大的直接和间接损失，尤其是高速度、长距离、大倾角的钢丝绳芯输送带，其损失更大。研制一种可靠实用的输送带纵向撕裂检测装置变的十分必要和紧迫，实现对输送带纵向撕裂故障的及时发现、及时停机，将损失降低到最小。

目前，国内外开发的输送带纵向撕裂检测装置形式和种类繁多，归纳起来有以下类型：嵌入法、接触法、探露法、CCD可见光检测法、红外光检测法。嵌入法主要通过监测输送带中预埋物的完整性来判断输送带是否发生纵向撕裂，该方法工艺复杂，且对现有已经在用输送带无法适用；接触法通过感测装置与输送带的接触来感知输送带的状况；探露法是以输送带纵向撕裂后裂口变宽导致物料伸出或是泄露的原理为基础；CCD可见光检测只能拍摄照片，在弱光甚至黑暗环境下无法准确识别撕裂裂缝；红外光检测法通过单波段红外或者双波段红外来检测输送带纵向撕裂，但由于红外成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题，不利于人眼判读。上述检测方法使用过程中都要做很多预处理，且安装复杂，受外界因素影响大，易发生误动作，针对性、实用性、可靠性差。所以急需一种测量精确、结构简单、有针对性和实用性、可靠性高的检测装置。

发明内容

本发明针对现有各种检测方法易发生误动作、针对性差、实用性差等缺陷，所要解决的技术问题为：提供一种基于双视觉传感器的输送带纵向撕裂检测装置，实现对输送带纵向撕裂信息全面清晰准确的表达。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，包括壳体，所述壳体内固定设置有红外光发射模块、可见光发射模块、电源模块、红外光探测模块、可见光探测模块、采集数据预处理模块、存储模块和数据处理模块，所述壳体上设置有红外光发射玻璃窗口、可见光发射玻璃窗口、红外光探测玻璃窗口、可见光探测玻璃窗口和固定底座，所述壳体通过固定底座固定设置在上输送带下方的连接支架上，所述红外光发射模块和可见光发射模块发射的一字型光束分别通过红外光发射玻璃窗口、可见光发射玻璃窗口后入射到上输送带上，红外光探测模块和可见光探测模块分别通过所述红外光探测玻璃窗口和可见光探测玻璃窗口接收入射到下输送带上的一字型红外光斑和一字型可见光斑，所述红外光探测模块和可见光探测模块的输出端与所述采集数据预处理模块连接，所述采集数据预处理模块用于对采集图像数据进行预处理后发送到所述数据处理模块，所述数据处理模块用于对采集数据进行分析，判断输送带是否发生撕裂，所述存储模块用于保存数据。

所述壳体为具有防电磁干扰性能的镍铬合金加工而成；且所述壳体内表面设置有紫铜网。

所述数据预处理模块用于对红外光探测模块、可见光探测模块采集到的红外图像和可见光图像信息进行去噪声、中值滤波以及信号放大，然后将处理后图像信息传递给数据处理模块；所述数据处理模块对采集数据进行分析，判断输送带是否发生撕裂的具体步骤为：

S1、分别对数据预处理模块传递的红外图像和可见光图像的直方图进行均值化处理以增强图像，然后通过阈值分割将其转换为二值图像，对二值图像形态学细化，提取图像特征向量，对特征向量进行归一化操作，最后将红外图像和可见光图像归一化后的特征向量投影到特征空间，完成图像特征融合，生成新的含有可见光图像以及红外光图像特征信息的新图像X；

S2、对新生成的图像X从横向和纵向进行边缘检测以确定新图像的特征边缘；

S3、对新图像X从横向进行角点检测判断是否存在角点，若存在角点，再进行弧线曲率检测判断是否存在曲率突变，同时纵向进行霍夫变换检测判断是否存在直线；当曲率发生突变且纵向存在完整直线，则判定存在纵向撕裂；若曲率未发生突变，且纵向不存在完整直线，则判定为异常情况；其它情况则判定为正常情况。

所述红外光发射模块和可见光发射模块发射的光波长分别为980nm和650nm，所述数据处理模块为带RAM缓存的FPGA模块，所述数据存储模块为Flash存储模块。。

所述的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，还包括控制模块和通信模块，所述控制模块通过通信模块与所述数据处理模块的输出端连接，所述数据处理模块用于在输送带发生撕裂时，发送停机报警信号至所述控制模块，所述控制模块包括多个电磁继电器，用于根据所述数据处理模块发送的停机报警信号，对输送带进行停机报警。

所述壳体上还设置有启停模块和接口模块，所述接口模块用于外接电源接口以及信号传输接口，所述启停模块与所述控制模块连接，用于装置的启动和停止操作。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明充分利用红外光具有很好热成像和穿透性以及可见光图像表现为有较好的详细信息，反应真实环境目标情况的优点，通过红外光和可见光同时对输送带进行检测成像，同时对红外光图像以及可见光图像进行特征级融合以丰富图像信息，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对输送带纵向撕裂信息表达的不全面，实现对输送带纵向撕裂信息全面清晰表达。

2、本发明充分考虑了输送带运行过程中纵向撕裂发生时的表征，对特征融合后的图像从横向、纵向、曲率等多方面分析，同时对于发生纵向撕裂区域进行了多重分析验证，极大提高了输送带纵向撕裂检测的可靠性。

3、本发明可对输送带已经存在但未处理的纵向撕裂或者已经存在且使用冷补处理的纵向撕裂识别分析，并将分析结果存储于NAND Flash存储模块，根据现场使用要求，可对异常情况分类，设置为报警或者屏蔽报警。

4、本发明可适用于光照度较低甚至完全黑暗的环境，可以全天24H工作，极大提高了纵向撕裂识别的连续性和可靠性。

5、本发明可作为单机使用，也可通过信号传输接口连接环网进行远程数据传输，在集控室、调度中心等再现纵向撕裂检测过程中的的实时视频图像以及保存在NAND Flash存储模块中的异常图片，方便工作人员查看。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种基于双视觉传感器的输送带纵向撕裂检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例中检测装置的工作光路原理图；

图3为本发明实施例提出的检测装置的安装示意图；

图4为输送带发生纵向撕裂时，可见光探测模块和红外光探测模块采集图像；

图5为输送带发生其它异常时，可见光探测模块和红外光探测模块采集图像；

图6为本发明的图像采集分析工作流程图。

图中：1-红外光发射模块、2-可见光发射模块、3-金属外壳、4-固定底座、5-电源模块、6-通讯模块、8-控制模块、9-启停模块、10-接口模块、11-红外光探测模块、12-可见光探测模块、13-红外光探测玻璃窗口、14-可见光探测玻璃窗口、15-采集数据预处理模块、16-数据处理模块、17-数据存储模块、18-红外光发射玻璃窗口、19-可见光发射玻璃窗口，20-上输送带、21-连接支架、22-输送带大架、23-下输送带、24-检测装置、1#-红外光光路、2#-可见光光路。

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的一部分实施例，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。

实施例1

如图1~3所示，为本发明实施例1提供的一种基于双视觉传感器的输送带纵向撕裂检测装置的结构示意图；包括壳体3，所述壳体3内固定设置有红外光发射模块1、可见光发射模块2、电源模块5、红外光探测模块11、可见光探测模块12、采集数据预处理模块15、存储模块17和数据处理模块16，所述壳体上设置有红外光发射玻璃窗口18、可见光发射玻璃窗口19、红外光探测玻璃窗口13、可见光探测玻璃窗口14和固定底座4。

如图2和图3所示，所述壳体3通过固定底座4固定设置在上输送带20下方的连接支架21上，所述红外光发射模块1和可见光发射模块2发射的一字型光束分别通过红外光发射玻璃窗口18、可见光发射玻璃窗口19后入射到上输送带20上，并且光束的光斑方向与输送带运行方向垂直，红外光探测模块11和可见光探测模块12分别通过所述红外光探测玻璃窗口13和可见光探测玻璃窗口14接收入射到上输送带20上的一字型红外光斑和一字型可见光斑。如图1所示，所述红外光探测模块11和可见光探测模块12的输出端与所述采集数据预处理模块15连接，所述采集数据预处理模块15与所述数据处理模块16连接，数据处理模块16与存储模块连接，采集数据预处理模块15用于对采集图像数据进行预处理后传递给所述数据处理模块16，所述数据处理模块16用于对采集数据进行分析，判断输送带是否发生撕裂，所述存储模块17与数据处理模块16连接，用于保存数据。电源模块5用于给装置供电。

本实施例中，所述壳体3为具有防电磁干扰性能的镍铬合金加工而成；且所述壳体3内表面设置有紫铜网。通过防电磁干扰的壳体，可以提高图像采集的信噪比，提高检测准确率。

具体地，如图6所示，本实施例中，所述数据预处理模块15用于对红外光探测模块11、可见光探测模块12采集到的红外图像和可见光图像信息进行去噪声、中值滤波以及信号放大，然后将处理后图像信息传递给数据处理模块16；所述数据处理模块16对采集数据进行分析，判断输送带是否发生撕裂的具体步骤为：

S1、分别对数据预处理模块15传递的红外图像和可见光图像的直方图进行均值化处理以增强图像，然后通过阈值分割将其转换为二值图像，对二值图像形态学细化，提取图像特征向量，对特征向量进行归一化操作，最后将红外图像和可见光图像归一化后的特征向量投影到特征空间，完成图像特征融合，生成新的含有可见光图像以及红外光图像特征信息的新图像X；

S2、对新生成的图像X从横向和纵向进行边缘检测以确定新图像的特征边缘；

S3、对新图像X从横向进行角点检测判断是否存在角点，若存在角点，再进行弧线曲率检测判断是否存在曲率突变，同时纵向进行霍夫变换检测判断是否存在直线；当曲率发生突变且纵向存在完整直线，则判定存在纵向撕裂；若曲率未发生突变，且纵向不存在完整直线，则判定为异常情况；其它情况则判定为正常情况。

其中，对新图像X从横向进行角点检测，可以判断输送带是否存在裂痕，在存在裂痕的情况下对裂痕两侧曲线进行弧线曲率检测，可以根据输送带裂痕两侧曲线是否处于一个曲率渐变情况预判断纵向撕裂的发生与否。同时对新图像X从纵向进行霍夫变换检测，如果新图像X在纵向存在完整直线，结合上述弧线曲率检测结果中的曲率突变即可确定输送带纵向撕裂发生，如果新图像X在纵向检测不存在直线，且上述弧线曲率检测结果中的曲率渐变，则确定输送带为异常情况。如果新图像X横向检测不存在角点，纵向检测不存在直线，则确定输送带为正常情况。因此，数据处理模块16可以通过以上图像分析过程，判断出输送带是处于正常、纵向撕裂或者其它异常的三种情况。

具体地，本实施例中，所述红外光发射模块1为波长980nm的一字型红外线发射器，可见光发射模块2为波长650nm一字型红光发射器，红外光探测模块11为MV-E150-NIR千兆网相机，可见光探测模块12为MV-EM200M 千兆网相机，数据处理模块16选用带RAM缓存的FPGA模块，存储模块17选用掉电数据保存的NAND Flash存储模块。

具体地，如图1所示，本实施例的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，还包括控制模块8、通信模块6、启停模块9、接口模块10，所述控制模块8通过通信模块6与所述数据处理模块16的输出端连接，所述数据处理模块16用于在输送带发生撕裂时，发送停机报警信号至所述控制模块8，所述控制模块8包括多个电磁继电器，用于根据所述数据处理模块16发送的停机报警信号，对输送带进行停机报警。

具体地，如图1所示，所述壳体3上还设置有启停模块9和接口模块10，所述接口模块用于外接电源接口以及信号传输接口，所述启停模块9与所述控制模块8连接，用于装置的启动和停止操作。

本实施例中，检测输送带宽度为800mm，输送带运行速度为3.0m/s，本装置安装在输送带大架间连接支架中间位置上，装置上表面距离上输送带下表面500mm处。红外光探测模块11采集包含红外光发射模块1投射到上输送带下表面的一字型红外线的输送带红外图像；可见光探测模块12采集包含可见光发射模块2投射到上输送带下表面的一字型红光线的输送带可见光图像。

当输送带处于完好状态时，红外光探测模块11采集的输送带红外图像仅包含红外光发射模块1投射到上输送带下表面的一字型红外线这一明显信息，且该线属于一条连续无断点弧线；可见光探测模块12采集的输送带可见光图像仅包含可见光发射模块2投射到上输送带下表面的一字型红光线这一明显信息，且该线属于一条连续无断点弧线。当输送带发生纵向撕裂时，红外光探测模块11采集的输送带红外图像不仅包含一条有断点弧线，而且还包含因输送带撕裂时释放的大量红外线而产生的红外图像，该红外图像成一定宽度纵向直线出现；可见光探测模块12采集的输送带可见光图像中的弧线在输送带撕裂位置出现断点、形变，如图4所示。

当输送带出现其它异常（例如划伤、先前已出现但未处理的撕裂等）时，红外光探测模块11采集的输送带红外图像中的弧线以及可见光探测模块12采集的输送带可见光图像中的弧线均会发生断点、形变，但红外光探测模块11采集的输送带红外图像不含有其它比较明显的直线型的图像，如图5所示。

由于输送带纵向撕裂在输送带运行方向上是连续性的，且在短距离范围内图像特征保持一致，上述红外光发射模块1、可见光发射模块2发射口间距为20mm，发射光线平行，投射到输送带表面的光线也平行，故将红外光探测模块11和可见光探测模块12采集到的图像根据特征进行图像融合，并对融合后图像识别分析，完全符合设计要求。

本实施例中，装置各个部件的工作参数为：

红外光探测模块像素：1379×1104

可见光探测模块像素：1600×1200

红外光测量光谱范围：760~1000nm

可见光测量光谱范围：400~700nm

红外光发射器发射红外线波长：980nm

可见光发射器发射红线波长：650nm

红外光探测模块焦距：4mm

可见光探测模块焦距：4mm

红外光探测模块视场角：77.32°

可见光探测模块视场角：77.32°

发射模块发射角度（相对装置下表面）：45°

单套装置测量宽度：800~1000mm

输送带运行速度：3.0m/s

纵向撕裂检测准确率：98﹪以上

采集图像帧频：14帧/s

图像颜色：彩色/黑白

工作温度：25℃

电压：6-15V

功耗：≤8W

信噪比：＞41dB

通信协议： TCP/IP。

实施例2

本实施例中，检测输送带宽度为800mm，输送带的运行速度为6.0m/s。本装置安装在输送带大架间连接支架的中间位置上，装置上表面距离上输送带下表面550mm处。采集图像帧频为17帧/s，其他参数与实施例1相同，本实施例中，在输送带快速运行情况下检测装置对输送带的纵向撕裂检测准确率在98﹪以上。

实施例3

本实施例中，检测输送带宽度为1600mm，输送带运行速度为6.0m/s，使用两套装置分别安装在输送带大架间连接支架的左右侧上，装置上表面距离上输送带下表面550mm处。本实施例通过2套检测装置同时对大皮带高速运行情况下的纵向撕裂进行检测，检测准确率在98%以上。

本发明充分利用红外光具有很好热成像和穿透性以及可见光图像表现为有较好的详细信息，反应真实环境目标情况的优点，将红外光图像以及可见光图像进行特征级融合以丰富图像信息，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对输送带纵向撕裂信息表达的不全面，实现对输送带纵向撕裂信息全面清晰表达。同时充分考虑了输送带运行过程中纵向撕裂发生时的表征，对特征融合后的图像从横向、纵向、曲率等多方面分析，对于发生纵向撕裂区域进行了多重分析验证，极大提高了输送带纵向撕裂检测的可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (6)

1.一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，其特征在于，所述基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置安装在输送带大架间连接支架中间位置上，包括壳体（3），所述壳体（3）内固定设置有红外光发射模块（1）、可见光发射模块（2）、电源模块（5）、红外光探测模块（11）、可见光探测模块（12）、采集数据预处理模块（15）、存储模块（17）和数据处理模块（16），所述壳体上设置有红外光发射玻璃窗口（18）、可见光发射玻璃窗口（19）、红外光探测玻璃窗口（13）、可见光探测玻璃窗口（14）和固定底座（4），所述壳体（3）通过固定底座（4）固定设置在上输送带（20）下方的连接支架（21）上，红外光发射模块（1）和可见光发射模块（2）相对壳体（3）下表面倾斜设置，所述红外光发射模块（1）和可见光发射模块（2）发射的一字型光束分别通过红外光发射玻璃窗口（18）、可见光发射玻璃窗口（19）后入射到上输送带（20）上，红外光探测模块（11）和可见光探测模块（12）分别通过所述红外光探测玻璃窗口（13）和可见光探测玻璃窗口（14）接收入射到上输送带（20）上的一字型红外光斑和一字型可见光斑，所述红外光探测模块（11）和可见光探测模块（12）的输出端与所述采集数据预处理模块（15）连接，所述采集数据预处理模块（15）用于对红外光探测模块（11）和可见光探测模块（12）分别采集的一字型红外光斑和一字型可见光斑图像数据进行预处理及特征提取后发送到所述数据处理模块（16），所述数据处理模块（16）用于对采集数据预处理模块（15）预处理及特征提取后的特征图像数据进行图像特征融合，然后对特征融合图像进行处理分析，判断输送带是否发生撕裂；所述存储模块（17）用于保存数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，其特征在于，所述壳体（3）为具有防电磁干扰性能的镍铬合金加工而成；且所述壳体（3）内表面设置有紫铜网。

3.根据权利要求1所述的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，其特征在于，所述采集数据预处理模块（15）用于对红外光探测模块（11）、可见光探测模块（12）采集到的红外图像和可见光图像信息进行去噪声、中值滤波以及信号放大，然后将处理后图像信息传递给数据处理模块（16）；所述数据处理模块（16）对采集数据进行分析，判断输送带是否发生撕裂的具体步骤为：

S1、分别对采集数据预处理模块（15）传递的红外图像和可见光图像的直方图进行均值化处理以增强图像，然后通过阈值分割将其转换为二值图像，对二值图像形态学细化，提取图像特征向量，对特征向量进行归一化操作，最后将红外图像和可见光图像归一化后的特征向量投影到特征空间，完成图像特征融合，生成新的含有可见光图像以及红外光图像特征信息的新图像X；

S2、对新生成的图像X从横向和纵向进行边缘检测以确定新图像的特征边缘；

S3、对新图像X从横向进行角点检测判断是否存在角点，若存在角点，再进行弧线曲率检测判断是否存在曲率突变，同时纵向进行霍夫变换检测判断是否存在直线；当曲率发生突变且纵向存在完整直线，则判定存在纵向撕裂；若曲率未发生突变，且纵向不存在完整直线，则判定为异常情况；其它情况则判定为正常情况。

4.根据权利要求1所述的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，其特征在于，所述红外光发射模块（1）和可见光发射模块（2）发射的光波长分别为980nm和650nm，所述数据处理模块（16）为带RAM缓存的FPGA模块，所述存储模块（17）为Flash存储模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，其特征在于，还包括控制模块（8）和通信模块（6），所述控制模块（8）通过通信模块（6）与所述数据处理模块（16）的输出端连接，所述数据处理模块（16）用于在输送带发生撕裂时，发送停机报警信号至所述控制模块（8），所述控制模块（8）包括多个电磁继电器，用于根据所述数据处理模块（16）发送的停机报警信号，对输送带进行停机报警。

6.根据权利要求5所述的一种基于双视觉图像特征融合的输送带纵向撕裂检测装置，其特征在于，所述壳体（3）上还设置有启停模块（9）和接口模块（10），所述接口模块用于外接电源接口以及信号传输接口，所述启停模块（9）与所述控制模块（8）连接，用于装置的启动和停止操作。

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