CN111829434A - 一种料流计量检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种料流计量检测方法包括线激光投到传送带上物料；双目相机拍带线激光物料图像，得物料即时轮廓激光线；用线激光双目测量方法得即时轮廓激光线三维数据；传送带匀速运动，用线激光双目测量方法得各即时轮廓激光线三维数据，得三维数据组、点云数据；依点云数据确定数据边界，基于XOY平面将点云数据划为小域均匀采样，记采样点三维坐标；以小域面积为底面积采样点Z值为高算采样长方体体积；合计各采样长方体体积得物料体积。检测系统包括传送带、线激光发射器、双目相机、数据处理模块。本发明稳定获取料流轮廓激光线扫描处三维数据；采样及积分计算，减小体积计算误差；随传送带运行状态即时计量，实时性好；设备安装方便，简单易用，适用性广。

Description

一种料流计量检测方法及系统

技术领域

本发明属于料流检测技术领域，具体涉及一种料流计量检测方法及系统。

背景技术

在食品、医药、农产品、工业生产领域，不规则散颗粒状或粉状固态物料的输送和计量被广泛涉及。实际生产中，散颗粒状或粉状固体物料的计量通常采用称重传感器称量方式进行测量。在物料输送过程中经常使用电子皮带秤采用称重传感器原理进行测量，由于皮带运行时，称重传感器信号易受到干扰，测量精度难以保证。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提出一种料流计量检测方法及系统。具体内容如下：

一种料流计量检测方法，包括：将线激光投射到传送带上的待检测物料；利用双目相机摄取带线激光的物料图像，获取物料即时轮廓激光线；利用线激光双目测量方法得到即时轮廓激光线三维数据；传送带匀速运动，利用线激光双目测量方法得到各即时轮廓激光线三维数据，得到三维数据组，形成点云数据；根据点云数据确定数据边界，基于XOY平面将点云数据划分为微小区域并进行均匀采样，记录采样点三维坐标；以微小区域面积为底面积，采样点Z值为高计算采样长方体体积；合计各采样长方体体积，得到已经过线激光扫描部分的物料体积。

进一步地，所述线激光双目测量方法包括：对双目相机进行立体标定；通过双目相机的左摄像头和右摄像头分别获取带线激光的物料左图像和右图像；对获取的左图像和右图像进行立体校正，使校正后的左图像和右图像行对准；对校正后的左图像和右图像进行匹配得到线激光成像匹配点对；根据线激光成像匹配点对得到左右图像视差，根据左右图像视差计算该激光线投射处的物料轮廓三维数据。

本发明还包括一种料流计量检测系统，包括：传送带、线激光发射器、双目相机、数据处理模块。其中：

所述传送带匀速运动，输送物料经过料流计量检测系统进行计量；

所述线激光发射器投射线激光到传送带及传送带上的物料，以获取物料即时轮廓激光线；

所述双目相机获取带线激光的物料左图像和右图像，所述双目相机的左摄像头和右摄像头参数相同；

所述数据处理模块对所述带线激光的物料左图像和右图像进行分析处理，得到激光线投射处的物料轮廓三维数据；

所述线激光发射器垂直于所述传送带的传送平面投射线激光。

本发明的有益效果是：提供一种料流计量检测方法及系统，可以稳定可靠地获取料流轮廓激光线扫描处的三维数据；利用采样以及积分计算，减小了料流体积计算误差；随传送带运行状态即时计量，实时性好；设备安装方便，简单易用，适用性广。

附图说明

图1为本发明的一种料流计量检测方法及系统使用场景示意图。

图中：1.传送带；2.线激光发射器；3.双目相机；4.料流；5.料流轮廓激光线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明所要解决的技术问题是目前实际生产中散颗粒状或粉状固体物料的计量通常采用称重计量法，在物料输送过程中经常使用电子皮带秤采用称重传感器原理进行测量，由于皮带运行时，称重传感器信号易受到干扰，测量精度难以保证。

针对这一缺陷，本发明提出一种料流计量检测方法及系统，采用双目加线激光的检测方法，在获取传送带上料流轮廓三维数据后利用三维数据进行积分，得到料流体积，利用线激光能快速准确获取料流轮廓，结合双目立体视觉原理计算轮廓数据与积分计算，可以快速准确获取到料流的体积，完成料流的计算。

参见图1，本发明实施例具体包括以下步骤：

(1)对双目相机进行立体标定。具体包括：

对双目相机的左摄像头和右摄像头分别进行标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、所述左摄像头的旋转矩阵R₁和所述右摄像头的旋转矩阵R₂，以及所述左摄像头的平移向量T₁和所述右摄像头的平移向量T₂；

通过如下公式计算得到所述左摄像头和所述右摄像头之间的旋转矩阵R和平移向量T：

(2)打开线激光发射器，控制线激光发射器发出的线激光投射到传送带上的待测物料。

(3)通过双目相机的左摄像头和右摄像头分别获取带线激光的物料左图像和右图像。

(4)对获取的左图像和右图像进行立体校正，使校正后的左图像和右图像行对准。进行立体校正包括：

将所述旋转矩阵R分解为两个旋转矩阵r₁和r₂，其中r₁和r₂通过假设将所述左摄像头和所述右摄像头各旋转一半使所述左摄像头和所述右摄像头的光轴平行而得到；

对所述左图像和所述右图像进行行对准通过下式实现：

其中，R_rect为使行对准的旋转矩阵：

旋转矩阵R_rect由极点e₁方向开始，以所述左图像的原点为主，所述左摄像头至所述右摄像头的平移向量的方向为主点方向：

e₁与e₂正交，将e₁归一化到单位向量：

其中，T_x为平移向量T在双目相机所处平面内水平方向的分量，T_y为平移向量T在双目相机所处平面内竖直方向的分量；

e₃与e₁和e₂正交，e₃通过如下公式计算得到：

e₃＝e₂×e₁

根据上述旋转矩阵物理意义有：

其中，α表示为使行对准，所述左摄像头和所述右摄像头在其所处平面内需要旋转的角度，0≤α≤180°；对于所述左摄像头，使其绕e₃方向旋转α'，对于右相机，使其绕e₃方向旋转α”。

(5)对校正后的左图像和右图像进行匹配得到线激光成像匹配点对。具体包括：

根据检测系统及待测料流的位置，确定图像的处理区域ROI；

对校正后的左图像和校正后的右图像进行预处理，分别转换为左灰度图和右灰度图；

分别对所述左灰度图和所述右灰度图位于ROI内的部分进行水平扫描，计算每个扫描点的窗口能量：

其中，(x,y)表示扫描点坐标，也是计算窗口的中心坐标；n表示从所述左灰度图所选窗口中心到边缘的距离，I(x+i，y+j)表示图像坐标(x+i，y+j)处的图像灰度值；

每个扫描行E(x,y)的极大值处为线激光的成像处，根据线激光条数M，得到M个极值，按x坐标从左到右进行排序，记为(x，y)_k，k＝1，2，...M；

对所述左灰度图和所述右灰度图的坐标y相同的水平扫描行构成的水平极线进行扫描得到所述左灰度图和所述右灰度图的线激光成像点(x_L，y)_k和(x_R，y)_k，L和R分别表示左灰度图和右灰度图，左右序列中k相同的点构成匹配点对。

(6)根据线激光成像匹配点对得到左右图像视差，根据左右图像视差计算该激光线投射处的物料轮廓三维数据。具体包括：

第y行水平极线上线激光成像的视差通过如下公式计算：

d_yk＝x_L-x_R，k＝1，2，...M，

其中，d_yk为纵坐标为y的极线第k条激光成像点的视差；

根据双目相机的内参矩阵A、外参矩阵[R T]及如下公式计算得到激光线投射处的物料轮廓各点在空间中的三维坐标(Z，X，Y)：

其中，f是外参矩阵[R T]中双目相机的焦距，B是内参矩阵A中所述左摄像头和所述右摄像头的间距，由标定信息给出；X_L-X_R为空间一点在所述左灰度图和所述右灰度图之间的视差，由匹配信息给出；(x,y)为激光线投射处的物料轮廓点在成像平面上的坐标。

(7)保持传送带匀速运动，线激光扫描传送带上物料，双目相机依次摄取各即时轮廓激光线的左图像和右图像。

(8)重复上述步骤(4)-(7)，得到各即时轮廓激光线三维数据，得到三维数据组，形成点云数据。

(9)根据点云数据确定数据边界，基于XOY平面将点云数据划分为微小区域并进行均匀采样，记录采样点三维坐标。具体包括：

根据点云数据确定数据最大边界，在边界区域内基于XOY平面对点云数据进行均匀采样，采样间隔Δd＝a*D，D为最大边界长度，取采样区域内最接近采样区域中心的点为采样点。此处a为小于1的常数，且a越小，采样间隔越小，采样区域越小，计算料流体积越精确。

(10)以微小区域面积为底面积，采样点Z值为高计算采样长方体体积。具体计算方式为：V_n＝(Δd)²*Z_n，其中V_n为任一采样长方体的体积，Zn为该采样长方体的高。

(11)合计各采样长方体体积，得到已经过线激光扫描部分的物料体积。即：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换、改变、材料替换、改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种料流计量检测方法，其特征在于，包括：将线激光投射到传送带上的待检测物料；利用双目相机摄取带线激光的物料图像，获取物料即时轮廓激光线；利用线激光双目测量方法得到即时轮廓激光线三维数据；传送带匀速运动，利用线激光双目测量方法得到各即时轮廓激光线三维数据，得到三维数据组，形成点云数据；根据点云数据确定数据边界，基于XOY平面将点云数据划分为微小区域并进行均匀采样，记录采样点三维坐标；以微小区域面积为底面积，采样点Z值为高计算采样长方体体积；合计各采样长方体体积，得到已经过线激光扫描部分的物料体积。

2.根据权利要求1所述的线激光双目测量方法，其特征在于，包括：对双目相机进行立体标定；通过双目相机的左摄像头和右摄像头分别获取带线激光的物料左图像和右图像；对获取的左图像和右图像进行立体校正，使校正后的左图像和右图像行对准；对校正后的左图像和右图像进行匹配得到线激光成像匹配点对；根据线激光成像匹配点对得到左右图像视差，根据左右图像视差计算该激光线投射处的物料轮廓三维数据。

3.根据权利要求1所述的根据点云数据确定数据边界，基于XOY平面将点云数据划分为微小区域并进行均匀采样，记录采样点三维坐标包括：根据点云数据确定数据最大边界，在边界区域内基于XOY平面对点云数据进行均匀采样，采样间隔Δd＝a*D，D为最大边界长度，取采样区域内最接近采样区域中心的点为采样点；此处a为小于1的常数，且a越小，采样间隔越小，采样区域越小，计算料流体积越精确。

4.一种料流计量检测系统，其特征在于，包括：传送带、线激光发射器、双目相机、数据处理模块，其中：

所述传送带匀速运动，输送物料经过料流计量检测系统进行计量；

所述线激光发射器投射线激光到传送带及传送带上的物料，以获取物料即时轮廓激光线；

所述双目相机获取带线激光的物料左图像和右图像，所述双目相机的左摄像头和右摄像头参数相同；

所述数据处理模块对所述带线激光的物料左图像和右图像进行分析处理，得到激光线投射处的物料轮廓三维数据；

所述线激光发射器垂直于所述传送带的传送平面投射线激光。

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