CN109827512B - 一种料层厚度在线检测的方法、控制器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种料层厚度在线检测的方法、控制器及系统，由控制器控制激光线光源射出平行于料层横截面的激光线，摄像机拍摄激光线投射在料层表面的图像；获取图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，以确定当前检测料层区域的料层宽度和料层坐标位置，最终得到确定当前检测料层区域的料层厚度。该方法利用标定尺和图像中的像素建立对应关系，通过对料层厚度进行标定，能够准确反映料层横截面方向全料层厚度的情况，且检测过程中不容易受到外界环境的干扰，能够更精确、稳定、方便地检测实时的料层厚度。

Description

一种料层厚度在线检测的方法、控制器及系统

技术领域

本申请涉及烧结矿生产控制领域，尤其涉及一种料层厚度在线检测的方法、控制器及系统。

背景技术

在矿物金属冶炼的过程中，如果矿物原料在高炉内冶炼时过快融化，会给高炉内气体流通带来阻力，导致高炉内可接收的鼓风量下降，从而导致冶炼时高炉的冶炼强度较低，生产效率低下，能源消耗也较高。在烧结生产中，物料的料层厚度会直接影响到烧结矿的烧透情况，即冶炼速度，影响烧结矿的产量与质量。当料层过厚时，烧结过程透气性差，制成的烧结矿质量较差；当物料过薄时，烧结矿产量过小，不仅生产成本提高，也会造成能源消耗。因此，为了提高烧结矿的质量和产量，需要控制物料的布料厚度，进而需要在烧结过程中在线检测料层厚度。

为了对料层厚度进行检测，现有技术中，常采用料层厚度检测装置对烧结过程中的物料料层厚度进行测量。常见的料层厚度检测装置为非接触式层厚仪，工作原理是TOF(Time of Flight，行程时间或传播时间)测量原理，又称回波测距原理，是非接触测距的一种方法。具体地，安装在物料上方的探头向料面发射光或波信号，当光或波信号到达料面时，在物料表面反射并返回到探头上被接收。以光或波信号的来回传播时间作为距离的量度，再根据传播时间计算料面高度，即料层厚度。

但是，在采用现有的料层厚度检测方法时，由于每一台层厚仪只能检测出安装位置所在点对应的料层厚度，并不能反映出全料层截面厚度的真实情况。若要进行全料层厚度的检测，需要根据料层宽度设置多台非接触式层厚仪，导致成本过高。而在烧结过程中，物料的料层会出现大幅波动，使得多台非接触式层厚仪也无法准确检测全料层的厚度。

发明内容

本申请提供了一种料层厚度在线检测的方法、控制器及系统，以解决现有的料层检测方法无法精准检测料层厚度的问题。

第一方面，本申请提供了一种料层厚度在线检测的方法，所述方法应用于料层厚度在线检测的系统，所述系统包括：摄像机、激光线光源、标定尺和控制器；所述激光线光源设置在料层的上方，用于射出一条平行于料层横截面的激光线；所述摄像机通过支架设置在料层处，并沿支架调整拍摄角度，以对准料层区域；所述标定尺设置在摄像机所拍摄的料层区域的最左端和最右端；所述摄像机用于拍摄所述激光线光源照射在料层表面时的图像，并发送至控制器；

所述方法包括以下步骤：

所述控制器控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

获取所述图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标；

根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

可选地，按照下述步骤根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度：

在所述料层的横截面方向上，根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定最左端的水平坐标和最右端的水平坐标；

将所述最左端的水平坐标和最右端的水平坐标做差，确定料层的实际料面宽度；

在像平面水平方向上，确定所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数；

根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度；

根据所述从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，确定当前检测料层区域的料层宽度。

可选地，按照下式，根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度：

W＝n/N*D；

式中，W为从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，N为图像中料层的实际料面宽度的像素点个数，n为料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，D为料层的实际料面宽度。

可选地，按照下述数组，确定当前检测料层区域的料层宽度：

[0,1/N*D,…,(N-1)/N*D,D]，其中，步长为1/N*D。

可选地，还包括：

在所述料层的实际料面宽度大于所述摄像机所覆盖的料面宽度时，利用多台摄像机检测同一料层区域；

所述料层区域的料层宽度为利用多台摄像机拍摄的图像确定的料层宽度之和。

可选地，按照下述步骤确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置：

将所述当前检测料层区域内的任一点作为检测点E；

由所述检测点E向标定尺的零点A所在水平平面做垂线，交于点B，确定所述检测点的料层厚度BE；

由所述检测点E做AB的平行线交AF于点D；其中，AF为所述标定尺的满量程坐标对应的高度，BE＝AD；

做所述标定尺上的三个点A、D和F的延长线以及点E和B的延长线，两条延长线交于无穷远处的G点；以及，确定在像平面内标定尺上的三个点a、d和f的延长线以及点e和b的延长线，两条延长线交于无穷远处的g点；

在像平面上，确定所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf；

根据所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，确定当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置。

可选地，按照下述步骤根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度：

利用交比不变性原理，所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，满足下式关系：

(AD/AF)/(GD/GF)＝(ad/af)/(gd/gf)；

令GD/GF＝1；其中，在无穷远处，GD＝GF；

按照下式，确定所述当前检测料层区域中任一检测点n的料层厚度BE(n)：

BE(n)＝AD(n)＝(ad(n)/af(n))/(gd(n)/gf(n))*AF；

根据所述当前检测料层区域中每一检测点n的料层厚度，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

可选地，根据下述数组，确定所述当前检测料层区域的料层厚度为：

[(ad(1)/af)/(gd(1)/gf)*AF,(ad(2)/af)/(gd(2)/gf)*AF...(ad(n)/af)/(gd(n)/gf)*AF...(ad(N-1)/af)/(gd(N-1)/gf)*AF,(ad(N)/af)/(gd(N)/gf)*AF]。

第二方面，本申请还提供了一种料层厚度在线检测的控制器，所述控制器为料层厚度在线检测的系统中的控制器；所述控制器包括：

激光线光源控制模块，用于控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

摄像机控制模块，用于控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

信息获取模块，用于获取所述图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标；

料层宽度和坐标位置确定模块，用于根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

料层厚度确定模块，用于根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

第三方面，本申请还提供了一种料层厚度在线检测的系统，包括：摄像机、激光线光源、标定尺和前述所述的控制器；所述激光线光源设置在料层的上方，用于射出一条平行于料层横截面的激光线；所述摄像机通过支架设置在料层处，并沿支架调整拍摄角度，以对准料层区域；所述标定尺设置在摄像机所拍摄的料层区域的最左端和最右端；所述摄像机用于拍摄所述激光线光源照射在料层表面时的图像，并发送至控制器；所述控制器被配置为：

控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

获取所述图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标；

根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种料层厚度在线检测的方法、控制器及系统，由控制器控制激光线光源射出平行于料层横截面的激光线，摄像机拍摄激光线投射在料层表面的图像；获取图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，以确定当前检测料层区域的料层宽度和料层坐标位置，最终得到确定当前检测料层区域的料层厚度。该方法利用标定尺和图像中的像素建立对应关系，通过对料层厚度进行标定，能够准确反映料层横截面方向全料层厚度的情况，且检测过程中不容易受到外界环境的干扰，能够更精确、稳定、方便地检测实时的料层厚度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的料层厚度在线检测的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的料层厚度在线检测的系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的料层厚度标定的示意图；

图4为本发明实施例提供的料层水平宽度按像素点等分的示意图；

图5为本发明实施例提供的实际料层对应关系示意图；

图6为本发明实施例提供的像平面对应关系示意图；

图7为本发明实施例提供的料层厚度在线检测的控制器的结构框图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的料层厚度在线检测的方法的流程图；图2为本发明实施例提供的料层厚度在线检测的系统的结构示意图。

本发明实施例提供的一种料层厚度在线检测的方法，应用于料层厚度在线检测的系统，参见图2，该系统包括：摄像机201、激光线光源202、标定尺205和控制器203。激光线光源202设置在料层的上方，用于射出一条平行于料层横截面的激光线；激光线光源202的照射方向朝向料层表面。

摄像机201通过支架204设置在料层处，支架204位于料层处，支架204的一端设置摄像机201；摄像机201的安装位置与激光线光源202接近，且安装高度相同；摄像机201的镜头朝向料层表面，且可沿支架204调整拍摄角度，以对准料层区域。

标定尺205设置在摄像机所拍摄的料层区域的最左端和最右端，标定尺205用于标定料层厚度；标定尺205竖直立于所对应摄像机201所要测量层厚区域的最左端，并在摄像机201所采集的图像上记录下最左端对应标定尺205零点的坐标和满量程点坐标。此时标定尺205上的零点坐标和满量程坐标分别对应着实际料层厚度中的0点和最大检测的高度h(n)。同理，将标定尺205分别放置于所要测量层厚区域的最右端，分别记录下标定尺205的零点坐标和满量程点坐标。

摄像机用于拍摄激光线光源照射在料层表面时的图像，该图像可显示料层厚度与激光线的对应位置关系、标定尺的相关坐标，并将该发送至控制器；控制器用于对图像进行处理，通过运算采集得到光点位置确定料层厚度。

参见图1，该料层厚度在线检测的方法，包括以下步骤：

S1、控制器控制激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，激光线与标定尺垂直；

按照前述内容架设好硬件设备，即将摄像机201安装在支架204上，并按照设定角度对准将要检测的料面区域。安装好激光线光源202，确保在将要检测的料面横截面区域形成一条直线。

由于在冶炼过程中，物料是不断移动的，导致不同位置的料层厚度不同，因此，需要利用激光线光源来标定料层厚度。根据实时发射的线光源，来表明当前检测点的料层厚度。激光线为一字型的光线，即在料层表面形成激光线，该激光线与料层横截面平行，由于标定尺与料层横截面垂直，因此，使得激光线与标定尺垂直，根据激光线与标定尺相交后确定的刻度，即可确定当前检测点的料层厚度。

S2、控制摄像机拍摄激光线投射在料层表面的图像；

激光线线光源202实时发射激光线后，由摄像机201实时进行拍摄，捕捉每一个检测点上的激光线与标定尺204的位置关系。

S3、获取图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标；

本实施例中，利用摄像机201拍摄的图像，建立料层厚度与像平面的位置关系，以准确确定料层厚度。

图像中的信息包括标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标、最右端的零点坐标、标定尺与激光线的位置关系等。根据标定尺显示的坐标位置，建立标定尺与像平面的对应关系，以确定料层厚度。

S4、根据最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

由于不同的生产规格，运输的料量不同，导致物料运送时的占地面积不同，即铺展宽度不同，因此，会出现摄像机201拍摄的范围无法完全覆盖料层表面宽度的情况。为避免摄像机201无法完全拍摄被检测料层的完整图像，需要确定当前检测料层区域的料层宽度。

本实施例中，按照下述步骤根据最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定当前检测料层区域的料层宽度：

S411、在料层的横截面方向上，根据最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定最左端的水平坐标和最右端的水平坐标；

S412、将最左端的水平坐标和最右端的水平坐标做差，确定料层的实际料面宽度；

利用标定尺205对料层横截面宽度进行标定，根据标定尺205竖直立于所对应摄像机201所要测量层厚区域的最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，即可确定水平方向上的坐标。

将位于最左端和最右端的水平坐标做差处理，计算结果即为料层的实际料面宽度。

S413、在像平面水平方向上，确定料层的实际料面宽度的像素点个数和料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数；

在图像中建立的像平面，水平方向上，最左端的水平坐标和最右端的水平坐标之差对应着在像平面水平方向上的像素点个数，因此，即可确定料层的实际料面宽度的像素点个数。

由于在测量料层厚度时，物料是运行状态，且不同位置料层厚度也不同，因此，激光线射在料层时，不同时刻对应的激光线位置也不同。为准确测量料层厚度，本实施例中，依次检测当前检测点对应的料层厚度，由摄像机201拍摄当前检测点的图像，该当前检测点的位置位于检测料层区域内。

当前检测点的图像中仅包括当前时刻对应的标定尺205的相关参数、标定尺205与当前激光线的位置关系，以及，当前检测点在料层区域的位置关系。因此，在测量当前检测点的料层厚度时，仅需考虑当前时刻对应的相关参数，避免其他时刻的参数对当前时刻的检测结果造成影响，使得每一检测点测得的料层厚度准确。

因此，在像平面中，在确定料层的实际料面宽度的总像素点个数后，还需确定当前时刻对应的当前检测点的像素点个数，即从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数。

S414、根据料层的实际料面宽度的像素点个数和料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度；

如图3所示，摄像机201拍摄标定尺205的场景图中，即对物料厚度标定与检测的图中，在测量当前检测点的料层厚度时，本实施例采用将料层水平宽度按像素点个数等分的方法，按照从左至右的顺序排列，以确定料层水平宽度和像平面上像素点的一一对应关系。

如图4所示，从料层水平宽度按像素点等分的示意图中可以得出，在检测当前检测点的料层宽度时，料层宽度与像素点个数满足式N/n＝D/W的关系。

因此，按照下式，根据料层的实际料面宽度的像素点个数和料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，即可确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度：

W＝n/N*D；

式中，W为从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，N为图像中料层的实际料面宽度的像素点个数，n为料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，D为料层的实际料面宽度。

S415、根据从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，确定当前检测料层区域的料层宽度。

在确定出每一检测点对应的料层宽度后，将多个检测点的料层宽度结合，即可确定完整当前检测料层区域的料层宽度。

本实施例中，按照下述数组，确定当前检测料层区域的料层宽度：

[0,1/N*D,…,(N-1)/N*D,D]，其中，步长为1/N*D。

本实施例中，在确定出料层的实际料面宽度后，可判断出摄像机201所覆盖的范围宽度与料层的实际料面宽度之间的大小，在料层的实际料面宽度小于或等于摄像机201所覆盖的料面宽度时，只需利用一台摄像机完成拍摄即可。

但如果在料层的实际料面宽度大于摄像机所覆盖的料面宽度时，一台摄像机无法完成完整的拍摄，因此，需要利用多台摄像机检测同一料层区域，由多台摄像机同时进行拍摄，以得到料层的完整图像。

此时，在确定完整的料层区域的料层宽度时，需要同时获取多台摄像机201拍摄的图像，并对多个图像进行处理，将每个图像确定的料层宽度进行整合，即可得到完整的料层区域的料层宽度。

在实际生产中，摄像机201采集到一字型激光源在料面上打出的激光线，激光线会随着料面的波动而波动，因而采集图像上的激光线图像的像素点位置也会随着料面起伏而变化。因此，为准确检测料层厚度，在准确确定出料层区域的料层宽度后，只需计算当前时刻对应的当前检测点所在料层宽度内的料层厚度。

具体地，需要利用图像处理方法对采集到的图像进行处理，以得到图像上激光线形成的像素点的坐标位置，以准确确定出料层厚度。

本实施例中，按照下述步骤确定图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置：

S421、将当前检测料层区域内的任一点作为检测点E；

S422、由检测点E向标定尺的零点A所在水平平面做垂线，交于点B，确定检测点的料层厚度BE；

S423、由检测点E做AB的平行线交AF于点D；其中，AF为标定尺的满量程坐标对应的高度，BE＝AD；

由于在一幅图像中无法直接测量出料层厚度，因为缺乏参照物，因此，本实施例采用在检测过程中，设置标定尺205的方式，使得摄像机201拍摄的图像中包括标定尺205，进而可以通过确定料层某一点的厚度和与它平行的标定尺205的比例关系，来准确确定出该点的厚度。

在确定料层厚度与标定尺的比例关系时，需建立真实料层厚度与像平面的对应关系。选取当前检测料层区域的料层宽度内的任一检测点E，过E点分别作料层横截面的垂线BE和标定尺的垂线ED，此时ABED是矩形，需要检测的料层厚度BE即为标定尺205上的距离AD。

AF是标定尺满量程的高度，为已知值，所以，某一点的料层厚度与标定尺的满量程高度满足式：BE/AF＝AD/AF的关系，此时，计算出AD/AF的比值即可确定出BE，即检测点E处的料层厚度。

S424、做标定尺上的三个点A、D和F的延长线以及点E和B的延长线，两条延长线交于无穷远处的G点；以及，确定在像平面内标定尺上的三个点a、d和f的延长线以及点e和b的延长线，两条延长线交于无穷远处的g点；

本实施例在确定AD/AF的比值时，利用摄像机小孔成像的原理：

第一，摄像机把平行的直线映射为图像上相交直线，这个交点被称为消隐点(vanish point)。可以认为平行空间直线在无穷远处相交，消隐点则是这一交点在像平面上的像。所有水平的平行直线都各自相交于无穷远处的一点，这些点构成无穷远直线，这条直线在图像上的像叫地平线。三维空间中存在三组相互垂直的直线(例如水平两组，x轴和y轴方向，竖直一组，z轴方向)，所有x、y、z方向上的平行直线在一张图片上会分别相交于各自的一个消隐点。

第二，摄像机把三维空间投影到二维的图像上后，保持直线交比不变，交比是四个点两两“比例的比例”。也就是说在三维空间中的一条直线上有四个点，它们映射到像平面上的四个点后，这四个点的交比不变。

如图5和图6所示，在图像中，X，Y，Z轴每一个方向都有一个消隐点(Vanishpoint)，这可以通过对X，Y，Z三个方向的平行线求延长线获得。把水平平行线对应的两个消隐点连接起来，得到了一条在无穷远处的直线，它就是地平线。地平线上所有的点都有一个性质：从其上一个点引出的所有直线都是相互水平平行的。

延长像平面上的ab交地平线于c点，延长ce交af于d点，因为点c在无穷远处，所以cd和ca在空间中是平行直线，abed也就是前述真实空间中矩形ABED的像。

利用成像前后一条直线上四个点交比不变的性质，确定出标定尺上的三个点A、D、F以及其延长到无穷远处的G点，以及，在像平面中标定尺上的3个点a、d、f以及其延长到无穷远处的g点。

S425、在像平面上，确定图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf；

在图像中，可以获取到的信息为像素点个数，本实施例中，利用像素点个数来表明像平面中每两点之间的距离。

因此，在确定出与料层厚度相关的参数后，需确定出相关参数对应的像素点个数。

S426、根据图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，确定当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置。

根据真实空间中的距离与像平面中像素点个数之间的对应关系，即可确定出所需的坐标位置，即像素高度af代表标定尺高度AF，像素点个数ad代表AD的距离，像素点个数gd代表GD的距离，像素点个数gf代表GF的距离。

S5、根据图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定当前检测料层区域的料层厚度。

在确定出所需的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标后，即可准确确定当前检测料层区域的料层厚度。

本实施例中，按照下述步骤根据图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定当前检测料层区域的料层厚度：

利用交比不变性原理，图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，满足下式关系：

(AD/AF)/(GD/GF)＝(ad/af)/(gd/gf)；

等式右边所有的量都可以从图像上测出，即相应的像素点个数；等式左边的点G在真实空间是所有垂直直线的交点，这个点在无穷远，和无穷远相比，F点和D点的差异可以忽略不计，所以GD/GF＝1。

因此，令GD/GF＝1；其中，在无穷远处，GD＝GF；

得到AD/AF＝(ad/af)/(gd/gf)；推导得到AD＝(ad/af)/(gd/gf)*AF。

由于检测点E的料层厚度BE等于AD，因此，可确定出检测点E的料层厚度BE＝(ad/af)/(gd/gf)*AF。

按照下式，即可确定当前检测料层区域中任一检测点n的料层厚度BE(n)：

BE(n)＝AD(n)＝(ad(n)/af(n))/(gd(n)/gf(n))*AF；

根据当前检测料层区域中每一检测点n的料层厚度，确定当前检测料层区域的料层厚度。

在当前检测料层区域内，每一检测点对应的料层厚度确定后，即可确定完整的当前检测料层区域的料层厚度。

本实施例中，根据下述数组，确定当前检测料层区域的料层厚度为：

[(ad(1)/af)/(gd(1)/gf)*AF,(ad(2)/af)/(gd(2)/gf)*AF...(ad(n)/af)/(gd(n)/gf)*AF...(ad(N-1)/af)/(gd(N-1)/gf)*AF,(ad(N)/af)/(gd(N)/gf)*AF]。

本实施例中，通过上述方法求得料层横截面上每一点的实际料层厚度，再按横截面从左至右的顺序组合在一起即可得到实际当前检测料层区域的料层厚度，并将其以数组形式存储在中央处理器中。若采用多台摄像机进行检测时，可将多台摄像机采集处理得到的数组按照实际料层位置进行组合并存储。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种料层厚度在线检测的方法，由控制器控制激光线光源射出平行于料层横截面的激光线，摄像机拍摄激光线投射在料层表面的图像；获取图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，以确定当前检测料层区域的料层宽度和料层坐标位置，最终得到确定当前检测料层区域的料层厚度。该方法利用标定尺和图像中的像素建立对应关系，通过对料层厚度进行标定，能够准确反映料层横截面方向全料层厚度的情况，且检测过程中不容易受到外界环境的干扰，能够更精确、稳定、方便地检测实时的料层厚度。

参见图7，为本发明实施例提供的料层厚度在线检测的控制器的结构示意图。所述控制器用于执行图1所对应的料层厚度在线检测的方法的相关步骤。

如图7所示，该料层厚度在线检测的控制器，所述控制器为料层厚度在线检测的系统中的控制器；所述控制器203包括：

激光线光源控制模块2031，用于控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

摄像机控制模块2032，用于控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

信息获取模块2033，用于获取所述图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标；

料层宽度和坐标位置确定模块2034，用于根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

料层厚度确定模块2035，用于根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

可选地，所述料层宽度和坐标位置确定模块2034包括：

水平坐标确定单元，用于在所述料层的横截面方向上，根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定最左端的水平坐标和最右端的水平坐标；

实际宽度确定单元，用于将所述最左端的水平坐标和最右端的水平坐标做差，确定料层的实际料面宽度；

像素点个数确定单元，用于在像平面水平方向上，确定所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数；

检测点的料层宽度确定单元，用于根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度；

料层宽度确定单元，用于根据所述从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，确定当前检测料层区域的料层宽度。

可选地，检测点的料层宽度确定单元用于：

W＝n/N*D；

式中，W为从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，N为图像中料层的实际料面宽度的像素点个数，n为料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，D为料层的实际料面宽度。

可选地，按照下述数组，确定当前检测料层区域的料层宽度：

[0,1/N*D,…,(N-1)/N*D,D]，其中，步长为1/N*D。

可选地，还包括：

多摄像机控制模块，用于在所述料层的实际料面宽度大于所述摄像机所覆盖的料面宽度时，利用多台摄像机检测同一料层区域；

所述料层区域的料层宽度为利用多台摄像机拍摄的图像确定的料层宽度之和。

可选地，所述料层宽度和坐标位置确定模块2034包括：

检测点指定单元，用于将所述当前检测料层区域内的任一点作为检测点E；

坐标参数确定单元，用于由所述检测点E向标定尺的零点A所在水平平面做垂线，交于点B，确定所述检测点的料层厚度BE；以及，

由所述检测点E做AB的平行线交AF于点D；其中，AF为所述标定尺的满量程坐标对应的高度，BE＝AD；以及，

做所述标定尺上的三个点A、D和F的延长线以及点E和B的延长线，两条延长线交于无穷远处的G点；以及，确定在像平面内标定尺上的三个点a、d和f的延长线以及点e和b的延长线，两条延长线交于无穷远处的g点；

像中像素点确定单元，用于在像平面上，确定所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf；

料层坐标位置确定单元，用于根据所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，确定当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置。

可选地，料层坐标位置确定单元还用于：

利用交比不变性原理，所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，满足下式关系：

(AD/AF)/(GD/GF)＝(ad/af)/(gd/gf)；

令GD/GF＝1；其中，在无穷远处，GD＝GF；

按照下式，确定所述当前检测料层区域中任一检测点n的料层厚度BE(n)：

BE(n)＝AD(n)＝(ad(n)/af(n))/(gd(n)/gf(n))*AF；

根据所述当前检测料层区域中每一检测点n的料层厚度，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

可选地，根据下述数组，确定所述当前检测料层区域的料层厚度为：

[(ad(1)/af)/(gd(1)/gf)*AF,(ad(2)/af)/(gd(2)/gf)*AF...(ad(n)/af)/(gd(n)/gf)*AF...(ad(N-1)/af)/(gd(N-1)/gf)*AF,(ad(N)/af)/(gd(N)/gf)*AF]。

如图2所示，本发明实施例提供的一种料层厚度在线检测的系统，包括：摄像机、激光线光源、标定尺和如图7所示的控制器；所述激光线光源设置在料层的上方，用于射出一条平行于料层横截面的激光线；所述摄像机通过支架设置在料层处，并沿支架调整拍摄角度，以对准料层区域；所述标定尺设置在摄像机所拍摄的料层区域的最左端和最右端；所述摄像机用于拍摄所述激光线光源照射在料层表面时的图像，并发送至控制器；所述控制器被配置为执行图1所示的方法：

控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

获取所述图像中显示的标定尺位于当前检测料层区域的满量程坐标、最左端的零点坐标和最右端的零点坐标；

根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

可选地，所述控制器203被配置为：按照下述步骤根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度：

在所述料层的横截面方向上，根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定最左端的水平坐标和最右端的水平坐标；

将所述最左端的水平坐标和最右端的水平坐标做差，确定料层的实际料面宽度；

在像平面水平方向上，确定所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数；

根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度；

根据所述从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，确定当前检测料层区域的料层宽度。

可选地，所述控制器203被配置为：按照下式，根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度：

W＝n/N*D；

式中，W为从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，N为图像中料层的实际料面宽度的像素点个数，n为料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，D为料层的实际料面宽度。

可选地，所述控制器203被配置为：按照下述数组，确定当前检测料层区域的料层宽度：

[0,1/N*D,…,(N-1)/N*D,D]，其中，步长为1/N*D。

可选地，所述控制器203被配置为：

在所述料层的实际料面宽度大于所述摄像机所覆盖的料面宽度时，利用多台摄像机检测同一料层区域；

所述料层区域的料层宽度为利用多台摄像机拍摄的图像确定的料层宽度之和。

可选地，所述控制器203被配置为：按照下述步骤确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置：

将所述当前检测料层区域内的任一点作为检测点E；

由所述检测点E向标定尺的零点A所在水平平面做垂线，交于点B，确定所述检测点的料层厚度BE；

由所述检测点E做AB的平行线交AF于点D；其中，AF为所述标定尺的满量程坐标对应的高度，BE＝AD；

做所述标定尺上的三个点A、D和F的延长线以及点E和B的延长线，两条延长线交于无穷远处的G点；以及，确定在像平面内标定尺上的三个点a、d和f的延长线以及点e和b的延长线，两条延长线交于无穷远处的g点；

在像平面上，确定所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf；

根据所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，确定当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置。

可选地，所述控制器203被配置为：按照下述步骤根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度：

利用交比不变性原理，所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，满足下式关系：

(AD/AF)/(GD/GF)＝(ad/af)/(gd/gf)；

令GD/GF＝1；其中，在无穷远处，GD＝GF；

按照下式，确定所述当前检测料层区域中任一检测点n的料层厚度BE(n)：

BE(n)＝AD(n)＝(ad(n)/af(n))/(gd(n)/gf(n))*AF；

根据所述当前检测料层区域中每一检测点n的料层厚度，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

可选地，所述控制器203被配置为：根据下述数组，确定所述当前检测料层区域的料层厚度为：

[(ad(1)/af)/(gd(1)/gf)*AF,(ad(2)/af)/(gd(2)/gf)*AF...(ad(n)/af)/(gd(n)/gf)*AF...(ad(N-1)/af)/(gd(N-1)/gf)*AF,(ad(N)/af)/(gd(N)/gf)*AF]。

具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的料层厚度在线检测的方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于料层厚度在线检测的控制器和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种料层厚度在线检测的方法，其特征在于，所述方法应用于料层厚度在线检测的系统，所述系统包括：摄像机、激光线光源、标定尺和控制器；所述激光线光源设置在料层的上方，用于射出一条平行于料层横截面的激光线；所述摄像机通过支架设置在料层处，并沿支架调整拍摄角度，以对准料层区域；所述标定尺设置在摄像机所拍摄的料层区域的最左端和最右端；所述摄像机用于拍摄所述激光线光源照射在料层表面时的图像，并发送至控制器；

所述方法包括以下步骤：

所述控制器控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

获取所述图像中显示的位于当前检测料层区域最左端的标定尺的满量程坐标、零点坐标和最右端的标定尺的满量程坐标、零点坐标；

根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照下述步骤根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度：

在所述料层的横截面方向上，根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定最左端的水平坐标和最右端的水平坐标；

将所述最左端的水平坐标和最右端的水平坐标做差，确定料层的实际料面宽度；

在像平面水平方向上，确定所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数；

根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度；

根据所述从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，确定当前检测料层区域的料层宽度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照下式，根据所述料层的实际料面宽度的像素点个数和所述料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，确定从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度：

W＝n/N*D；

式中，W为从最左端到当前检测料层区域中每一检测点的料层宽度，N为图像中料层的实际料面宽度的像素点个数，n为料层的实际料面宽度中从最左端到当前检测料层区域内每一检测点对应的像素点个数，D为料层的实际料面宽度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照下述数组，确定当前检测料层区域的料层宽度：

[0,1/N*D,…,(N-1)/N*D,D]，其中，步长为1/N*D。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述料层的实际料面宽度大于所述摄像机所覆盖的料面宽度时，利用多台摄像机检测同一料层区域；

所述料层区域的料层宽度为利用多台摄像机拍摄的图像确定的料层宽度之和。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照下述步骤确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置：

将所述当前检测料层区域内的任一点作为检测点E；

由所述检测点E向标定尺的零点A所在水平平面做垂线，交于点B，确定所述检测点的料层厚度BE；

由所述检测点E做AB的平行线交AF于点D；其中，AF为所述标定尺的满量程坐标对应的高度，BE＝AD；

做所述标定尺上的三个点A、D和F的延长线以及点E和B的延长线，两条延长线交于无穷远处的G点；以及，确定在像平面内标定尺上的三个点a、d和f的延长线以及点e和b的延长线，两条延长线交于无穷远处的g点；

在像平面上，确定所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf；

根据所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，确定当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，按照下述步骤根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度：

利用交比不变性原理，所述图像上标定尺高度AF对应的像素高度af、AD的像素点个数ad、GD的像素点个数gd和GF的像素点个数gf，满足下式关系：

(AD/AF)/(GD/GF)＝(ad/af)/(gd/gf)；

令GD/GF＝1；其中，在无穷远处，GD＝GF；

按照下式，确定所述当前检测料层区域中任一检测点n的料层厚度BE(n)：

BE(n)＝AD(n)＝(ad(n)/af(n))/(gd(n)/gf(n))*AF；

根据所述当前检测料层区域中每一检测点n的料层厚度，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据下述数组，确定所述当前检测料层区域的料层厚度为：

[(ad(1)/af)/(gd(1)/gf)*AF,(ad(2)/af)/(gd(2)/gf)*AF...(ad(n)/af)/(gd(n)/gf)*AF...(ad(N-1)/af)/(gd(N-1)/gf)*AF,(ad(N)/af)/(gd(N)/gf)*AF]。

9.一种料层厚度在线检测的控制器，其特征在于，所述控制器为料层厚度在线检测的系统中的控制器；所述控制器包括：

激光线光源控制模块，用于控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

摄像机控制模块，用于控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

信息获取模块，用于获取所述图像中显示的位于当前检测料层区域最左端的标定尺的满量程坐标、零点坐标和最右端的标定尺的满量程坐标、零点坐标；

料层宽度和坐标位置确定模块，用于根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

料层厚度确定模块，用于根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

10.一种料层厚度在线检测的系统，其特征在于，包括：摄像机、激光线光源、标定尺和权利要求9所述的控制器；所述激光线光源设置在料层的上方，用于射出一条平行于料层横截面的激光线；所述摄像机通过支架设置在料层处，并沿支架调整拍摄角度，以对准料层区域；所述标定尺设置在摄像机所拍摄的料层区域的最左端和最右端；所述摄像机用于拍摄所述激光线光源照射在料层表面时的图像，并发送至控制器；所述控制器被配置为：

控制所述激光线光源射出落在料层表面且平行于料层横截面的激光线，所述激光线与标定尺垂直；

控制所述摄像机拍摄所述激光线投射在料层表面的图像；

获取所述图像中显示的位于当前检测料层区域最左端的标定尺的满量程坐标、零点坐标和最右端的标定尺的满量程坐标、零点坐标；

根据所述最左端的零点坐标和最右端的零点坐标，确定所述当前检测料层区域的料层宽度；以及，确定所述图像上在当前检测料层区域的料层宽度内对应的料层坐标位置；

根据所述图像中确定的料层坐标位置和标定尺的满量程坐标，确定所述当前检测料层区域的料层厚度。

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