CN112082608A - 一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法 - Google Patents

一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,集成的检测镜头和数据处理器,其中集成的检测镜头包括2个相机、1个激光器和整体支架,所述2个相和1个激光器固定安装在整体支架上方,所述激光器位于2个相机之间,所述2个相机和1个激光器位于皮带上方;所述数据处理器就是1台配有专用算法软件的工控机。本发明在结构上设计合理,利用本方法检测可跟检测物不接触,设备轻便,安装维护方便;利用本方法检测无辐射,使用安全;利用本方法检测不需要定期调校,使用效率高;利用本方法检测检测原理直接检测,精度高。

Description

一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法
技术领域
本发明涉及利用皮带运输固体颗粒物的场合,具体是一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法。
背景技术
对于利用皮带输送固体颗粒物的场合,需要动态测量皮带上所输送的固体颗粒物(如煤)目前主要采用以下几种方法:皮带秤、光子秤、核子秤。核子秤和光子秤因为需要用到放射源,使用和管理都存在隐患,价格也很高,核子秤还需要专门安全部门报备,现已基本不允许民用设备使用,所以基本都不采用这种方法。
而皮带秤最为常用,皮带秤使用过程中需要对输送线的测量段进行专门设计,安装不是很方便,更麻烦的是皮带秤采用接触式测量方法,压力传感器需要定期,一般3个月就要标校,而标校过程非常不容易操作,需要用实物标校,如用砝码来动态标校,就是要把一定量的砝码或确知重量的颗粒物放在皮带上,按设计皮带运行速度来观察皮带秤检测的重量是否与皮带上正在运输的物体的重量相同,如不同,调整皮带秤的比例系数来尽量使测量数据与实际运输物体的重量接近,这样就需要大量的可知重量的砝码和实物来对标,即使这样也只是尽量使得测量结果接近实际重量。
操作难度很大,更何况利用砝码不能准确仿真实际颗粒物对皮带的压力的状态,这样就造成了皮带秤测量精度不高,使用不方便,需要频繁的标定,而标定的工作难度和工作量很大。基于以上原因,动态测量皮带运输固体颗粒物的流量没有太好的解决办法,所以我们采用双眼视觉动态测量皮带运输固体颗粒物(如煤)的流量是填补了一项技术空白,对整个行业的技术进步非常有实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种双目视觉检测系统主要由两部分组成,集成的检测镜头和数据处理器,其中集成的检测镜头包括2个相机、1个激光器和整体支架,所述2个相和1个激光器固定安装在整体支架上方,所述激光器位于2个相机之间,所述2个相机和1个激光器位于皮带上方;所述数据处理器就是1台配有专用算法软件的工控机。
一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,主要包括沿着皮带运行方向,在皮带上方依次布置相机1、激光器、相机2,完成两个相机的中心距、焦距、被测物到相机平面的垂直距离的测量需要对两台相机本身及和相机点阵读取的数据通过电脑进行标定、校正和匹配,以确定相机的焦距、成像原点、畸变系数和双目相对位置关系,并把通过电脑专用软件把同一场景在左右视图上对应的像素点匹配起来,保证系统得到检测点视差图,这样才能保证检测系统对检测点的距离测量;
利用上面的双目视觉测量物体的距离的方法和原理,再配合一个线激光,就可以快速准确测量一条直线上每个点分别距离相机平面的垂直距离,激光器会发出一个零点几毫米宽的的直线激光光束束,这个直线激光光束的平面与皮带运行方向垂直,这束直线光束即作为两台相机的辅助照明光源,也为两台相机指明检测点,双目视觉检测系统只连续检测这条激光线的每一个点分别到相机平面的垂直距离,检测的点数决定于相机的分辨率,一般为1024或2048个点,对于1.2米宽的皮带,点和点的间隔大约为1.2mm或0.6mm,激光器选用符合工业现场要求的产生安全激光的激光器,对人眼和检测物无损伤,保证了设备的运行安全;
检测系统第一次测量前首先要对测量场景初始化,先在空皮带静态状态下,通过双目视觉检测系统分别对激光线范围内的激光照射在皮带上的A到B点轮廓线上每个点进行测定,测出每个点到相机平面的垂直距离,根据相机测量点之间标定后距离和每个点到相机平面的距离累积算出皮带轮廓包络线AB和相机平面的之间图形ABFF的面积S1,如图3所示,这样当皮带上有颗粒物时,以同样方法再测量激光线上照到的轮廓线ACHDB每一点的距离,同理计算出图形ACHDBFF的面积S2,S1-S2就是剖面图所示固体颗粒物这个剖面的面积;
双目视觉检测系统每隔断时间就进行一次煤的剖面的面积检测,隔离时间由相机的线数决定,如果我们采用4K高速相机,对应相机对轮廓包络线面积采样的时间间隔为0.25毫秒,如果皮带的运行速度为4米/秒,两个采集间隔对应的皮带运行长度为1mm,假设在1mm的宽度内皮带运输煤的每一点的高度不变,测量的煤的剖面面积乘以1mm就可以算出0.25毫秒内皮带运输煤的体积,再乘以该种煤的堆积密度,就可以算出0.25毫秒内皮带运输煤的重量,这样我们只需要对每个0.25秒检测的煤的重量进行累积就可以连续测量出皮带上煤的体积流量和重量。
作为本发明再进一步的方案:所述被测物到相机平面的垂直距离的计算方式为:
1、A、B点分别为相机1和相机2的光心。
2、A、B两点的间距为两个相机的中心距,即两个相机的瞳距。
3、B、D两点的距离就是相机光心到相机成像平面的距离,也就是两个相机的焦距f。
4、C、D两个点分别为两个相机成像平面的中心点。
5、GH为被测物到相机平面的距离,也是我们需要检测得到的数据。
6、因为图中△GAB和△GEF是相似三角形,所以
GH/AB=GI/EF AB=CD
其中:GI=GH+f EF=CD+EC+DF
所以:GH/AB=(GH+f)/(CD+EC+DF)
可得出:GH=CD*f/(EC+DF)。
作为本发明再进一步的方案:CD、f为两个相机的中心距和焦距,EC和DF可通过两个相机的点阵及线性标定计算得出,其中EC+DF也就是同一个被测物在两个相机的视差,所以通过经过标定的两个物理特性相同的相机就可以准确测量一个被测物距相机平面的垂直距离。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明在结构上设计合理,利用本方法检测可跟检测物不接触,设备轻便,安装维护方便;利用本方法检测无辐射,使用安全;利用本方法检测不需要定期调校,使用效率高;利用本方法检测检测原理直接检测,精度高。
附图说明
图1为利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法中双目相机物理结构示意图。
图2为利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法中双目相机安装示意图。
图3为利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法中皮带的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,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做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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解,例如,可以是固定相连、设置,也可以是可拆卸连接、设置,或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
利用双眼视觉检测皮带输送固体颗粒物的流量的方法就是仿生人的双眼能够判断我们所观察到的物体的相对空间位置的物理透镜成像的原理,配合数字高速高分辨率来实现的。
请参阅图1~3,本发明实施例中,一种双目视觉检测系统主要由两部分组成,集成的检测镜头和数据处理器,其中集成的检测镜头包括2个相机、1个激光器和整体支架,所述2个相和1个激光器固定安装在整体支架上方,所述激光器位于2个相机之间,所述2个相机和1个激光器位于皮带上方;所述数据处理器就是1台配有专用算法软件的工控机。
一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,沿着皮带运行方向,在皮带上方依次布置相机1、激光器、相机2,完成两个相机的中心距、焦距、被测物到相机平面的垂直距离的测量需要对两台相机本身及和相机点阵读取的数据通过电脑进行标定、校正和匹配,以确定相机的焦距、成像原点、畸变系数和双目相对位置关系,并把通过电脑专用软件把同一场景在左右视图上对应的像素点匹配起来,保证系统得到检测点视差图,这样才能保证检测系统对检测点的距离测量;
利用上面的双目视觉测量物体的距离的方法和原理,再配合一个线激光,就可以快速准确测量一条直线上每个点分别距离相机平面的垂直距离,激光器会发出一个零点几毫米宽的的直线激光光束束,这个直线激光光束的平面与皮带运行方向垂直,这束直线光束即作为两台相机的辅助照明光源,也为两台相机指明检测点,双目视觉检测系统只连续检测这条激光线的每一个点分别到相机平面的垂直距离,检测的点数决定于相机的分辨率,一般为1024或2048个点,对于1.2米宽的皮带,点和点的间隔大约为1.2mm或0.6mm,激光器选用符合工业现场要求的产生安全激光的激光器,对人眼和检测物无损伤,保证了设备的运行安全;
检测系统第一次测量前首先要对测量场景初始化,先在空皮带静态状态下,通过双目视觉检测系统分别对激光线范围内的激光照射在皮带上的A到B点轮廓线上每个点进行测定,测出每个点到相机平面的垂直距离,根据相机测量点之间标定后距离和每个点到相机平面的距离累积算出皮带轮廓包络线AB和相机平面的之间图形ABFF的面积S1,如图3所示,这样当皮带上有颗粒物时,以同样方法再测量激光线上照到的轮廓线ACHDB每一点的距离,同理计算出图形ACHDBFF的面积S2,S1-S2就是剖面图所示固体颗粒物这个剖面的面积;
双目视觉检测系统每隔断时间就进行一次煤的剖面的面积检测,隔离时间由相机的线数决定,如果我们采用4K高速相机,对应相机对轮廓包络线面积采样的时间间隔为0.25毫秒,如果皮带的运行速度为4米/秒,两个采集间隔对应的皮带运行长度为1mm,假设在1mm的宽度内皮带运输煤的每一点的高度不变,测量的煤的剖面面积乘以1mm就可以算出0.25毫秒内皮带运输煤的体积,再乘以该种煤的堆积密度,就可以算出0.25毫秒内皮带运输煤的重量,这样我们只需要对每个0.25秒检测的煤的重量进行累积就可以连续测量出皮带上煤的体积流量和重量。
需注意,被测物到相机平面的垂直距离的计算方式为:
1、A、B点分别为相机1和相机2的光心。
2、A、B两点的间距为两个相机的中心距,即两个相机的瞳距。
3、B、D两点的距离就是相机光心到相机成像平面的距离,也就是两个相机的焦距f。
4、C、D两个点分别为两个相机成像平面的中心点。
5、GH为被测物到相机平面的距离,也是我们需要检测得到的数据。
6、因为图中△GAB和△GEF是相似三角形,所以
GH/AB=GI/EF AB=CD
其中:GI=GH+f EF=CD+EC+DF
所以:GH/AB=(GH+f)/(CD+EC+DF)
可得出:GH=CD*f/(EC+DF)
CD、f为两个相机的中心距和焦距,EC和DF可通过两个相机的点阵及线性标定计算得出,其中EC+DF也就是同一个被测物在两个相机的视差,所以通过经过标定的两个物理特性相同的相机就可以准确测量一个被测物距相机平面的垂直距离。
本发明的工作原理是:
本发明涉及一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,利用双眼视觉检测皮带输送固体颗粒物的流量主要可以解决本行业如下技术问题:
1、利用本方法检测可跟检测物不接触,设备轻便,安装维护方便。
2、利用本方法检测无辐射,使用安全
3、利用本方法检测不需要定期调校,使用效率高。
4、利用本方法检测检测原理直接,检测精度高。
双目视觉检测系统运算检测速度快,检测精度高;设备集成度高,体积小,对现场的安装要求低,并且使用过程中无需校准,使用方便,运行高效安全。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种双目视觉检测系统主要由集成的检测镜头和数据处理器组成,其特征在于,所述集成的检测镜头包括2个相机、1个激光器和整体支架,所述2个相和1个激光器固定安装在整体支架上方,所述激光器位于2个相机之间,所述2个相机和1个激光器位于皮带上方;所述数据处理器就是1台配有专用算法软件的工控机;
一种利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,具体步骤为:
1)、沿着皮带运行方向,在皮带上方依次布置相机1、激光器、相机2,完成两个相机的中心距、焦距、被测物到相机平面的垂直距离的测量;
2)、对测量场景初始化,先在空皮带静态状态下,通过双目视觉检测系统分别对激光线范围内的激光照射在皮带上的A到B点轮廓线上每个点进行测定,测出每个点到相机平面的垂直距离,根据相机测量点之间标定后距离和每个点到相机平面的距离累积算出皮带轮廓包络线AB和相机平面的之间图形ABFF的面积S1;
3)、当皮带上有颗粒物时,以同样方法再测量激光线上照到的轮廓线ACHDB每一点的距离,同理计算出图形ACHDBFF的面积S2,S1-S2就是剖面图所示固体颗粒物这个剖面的面积;
4)、双目视觉检测系统每隔断时间就进行一次煤的剖面的面积检测,隔离时间由相机的线数决定,搭配皮带的运行速度,可以算得两个采集间隔对应的皮带运行长度,通过测量的煤的剖面面积乘以皮带运行长度,可以得到运输煤的体积,再乘以该种煤的堆积密度,就可以算出单位时间内皮带运输煤的重量,这样我们进行累积就可以连续测量出皮带上煤的体积流量和重量。
2.根据权利要求1所述的利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,其特征在于,步骤1中,对两台相机本身及和相机点阵读取的数据通过电脑进行标定、校正和匹配,以确定相机的焦距、成像原点、畸变系数和双目相对位置关系,并把通过电脑专用软件把同一场景在左右视图上对应的像素点匹配起来,保证系统得到检测点视差图,这样才能保证检测系统对检测点的距离测量。
3.根据权利要求1所述的利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,其特征在于,步骤2中,激光器会发出一个零点几毫米宽的的直线激光光束束,这个直线激光光束的平面与皮带运行方向垂直,这束直线光束即作为两台相机的辅助照明光源,也为两台相机指明检测点,双目视觉检测系统只连续检测这条激光线的每一个点分别到相机平面的垂直距离,检测的点数决定于相机的分辨率,分辨率为1024或2048个点,对于1.2米宽的皮带,点和点的间隔为1.2mm或0.6mm中的一种。
4.根据权利要求1所述的利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,其特征在于,步骤2中,激光器选用符合工业现场要求的产生安全激光的激光器,对人眼和检测物无损伤,保证了设备的运行安全。
5.根据权利要求1所述的利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,其特征在于,步骤1中,被测物到相机平面的垂直距离的测量的计算方式为:
1、A、B点分别为相机1和相机2的光心。
2、A、B两点的间距为两个相机的中心距,即两个相机的瞳距。
3、B、D两点的距离就是相机光心到相机成像平面的距离,也就是两个相机的焦距f。
4、C、D两个点分别为两个相机成像平面的中心点。
5、GH为被测物到相机平面的距离,也是我们需要检测得到的数据。
6、因为图中△GAB和△GEF是相似三角形,所以:
GH/AB=GI/EF AB=CD
其中:GI=GH+f EF=CD+EC+DF
所以:GH/AB=(GH+f)/(CD+EC+DF)
可得出:GH=CD*f/(EC+DF)。
6.根据权利要求5所述的利用双眼视觉检测运输带上固体颗粒物流量的方法,其特征在于,步骤1中,CD、f为两个相机的中心距和焦距,EC和DF可通过两个相机的点阵及线性标定计算得出,其中EC+DF也就是同一个被测物在两个相机的视差,所以通过经过标定的两个物理特性相同的相机就可以准确测量一个被测物距相机平面的垂直距离。
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