CN112504379A - 煤流体积实时检测装置和检测方法 - Google Patents

煤流体积实时检测装置和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供种煤流体积实时检测装置和检测方法，其中的装置包括：激光器，设置于皮带的上方且所述激光器的激光发射方向垂直于皮带运行方向，所述激光器向所述皮带运输的煤流发射激光；摄像头，设置于所述皮带的上方且所述摄像头的采集面与所述激光器的发射面位于同一高度；所述摄像头采集发射激光经所述煤流表面反射后的反射激光所成的图像；图像处理模块，接收所述摄像头发送的所述图像，根据所述图像得到煤流表面各位置的高度，根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积。以上方案，利用激光器与摄像头配合图像处理模块实现煤流体积的非接触式测量，能计算出皮带上煤流的瞬时体积，与传统方式相比，本装置不与皮带接触，高精度短时延，适应场景更广泛。

Description

煤流体积实时检测装置和检测方法
技术领域
本发明涉及智能化煤炭开采设备技术领域，具体地，涉及一种煤流体积实时检测装置和检测方法。
背景技术
在装车配煤过程中需要准确获取实时煤流的体积用于保证配煤的精度。现有技术中，通过皮带秤对实时煤流体积进行检测，皮带秤的皮带长时间与煤流接触后，皮带容易磨损，而且采用皮带秤的接触式测量方式的精度也较低。
因此，需要对上述方案进行改进。
发明内容
本发明旨在提供一种煤流体积实时检测装置和检测方法，以解决现有技术中的煤流体积对皮带损伤大、准确率低的技术问题。
为此，本发明一部分实施例提供一种煤流体积实时检测装置，包括：
激光器，设置于皮带的上方且所述激光器的激光发射方向垂直于皮带运行方向，所述激光器向所述皮带运输的煤流发射激光；
摄像头，设置于所述皮带的上方且所述摄像头的采集面与所述激光器的发射面位于同一高度；所述摄像头采集发射激光经所述煤流表面反射后的反射激光所成的图像；
图像处理模块，接收所述摄像头发送的所述图像，根据所述图像得到煤流表面各位置的高度，根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积。
本发明一部分实施例中的煤流体积实时检测装置，所述图像处理模块中，预存有图像坐标转换模型用于将所述图像中所述煤流表面各位置的图像坐标转换为发射激光所在平面坐标系的空间坐标，根据所述空间坐标得到所述煤流表面各位置的高度。
本发明一部分实施例中的煤流体积实时检测装置，所述图像坐标转换模型通过如下公式实现：
Figure BDA0002720935960000021
Figure BDA0002720935960000022
其中，以上公式中的各参数表示为：
k1＝2·tan(α0)/H；
k2＝tan(γ0)；
k3＝h/cos(γ0)；
k4＝2·tan(β0)/W；
Figure BDA0002720935960000023
β0＝∠JOK/2，∠JOK为摄像头水平视场角；
α0＝∠FOE/2，∠FOE为摄像头垂直视场角；
γ0＝∠IOG，∠IOG为摄像头俯仰视场角；
h为所述摄像头的光心到所述激光器光心的水平距离；
H为待计算位置处的实际高度；
Xp为待计算位置处的实际横坐标；
Yp为待计算位置处的实际纵坐标。
本发明一部分实施例中的煤流体积实时检测装置所述图像处理模块中还预存有用于对所述图像坐标转换模型中各参数进行标定的标定块。
本发明一部分实施例中的煤流体积实时检测装置所述图像处理模块中的所述标定块包括针对空皮带图像进行标定的第一标定块，对所述摄像头阜阳视场角进行标定的第二标定块以及对所待计算位置处的实际高度的检测结果进行标定的第三标定块。
本发明一部分实施例中的煤流体积实时检测装置，所述图像处理模块中的所述第一标定块、所述第二标定块和所述第三标定块均为阶梯标定块。
本发明一部分实施例中的煤流体积实时检测装置，所述图像处理模块，用于根据煤流表面各位置的高度经积分运算出当前煤流的横截面积，根据所述煤流的横截面积和所述皮带的运行速度得到所述煤流体积。
本发明一部分实施例中提供一种煤流在线体积实时检测方法，包括如下步骤：
获取摄像头采集到的煤流表面的图像，所述图像为激光器的发射激光经所述煤流表面反射后的反射激光所成的图像；
根据所述图像得到煤流表面各位置的高度；根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积。
本发明一部分实施例中的煤流在线体积实时检测方法，根据所述图像得到煤流表面各位置的高度；根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积的步骤中：
通过如下图像坐标转换模型将所述图像中所述煤流表面个位置的图像坐标转换为发射激光所在平面坐标系的空间坐标，根据所述空间坐标得到所述煤流表面各位置的高度：
Figure BDA0002720935960000031
Figure BDA0002720935960000032
其中，以上公式中的各参数表示为：
k1＝2·tan(α0)/H；
k2＝tan(γ0)；
k3＝h/cos(γ0)；
k4＝2·tan(β0)/W；
Figure BDA0002720935960000041
β0＝∠JOK/2，∠JOK为摄像头水平视场角；
α0＝∠FOE/2，∠FOE为摄像头垂直视场角；
γ0＝∠IOG，∠IOG为摄像头俯仰视场角；
h为所述摄像头的光心到所述激光器光心的水平距离；
H为待计算位置处的实际高度；
Xp为待计算位置处的实际横坐标；
Yp为待计算位置处的实际纵坐标。
本发明一部分实施例中的煤流在线体积实时检测方法，还包括如下步骤：通过标定块对所述图像坐标转换模型中各参数进行标定的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：
本发明实施例提供的煤流体积实时检测装置和检测方法，其中的装置利用激光器与摄像头配合图像处理模块实现煤流体积的非接触式测量，能计算出皮带上煤流的瞬时体积，与传统方式相比，本装置不与皮带接触，高精度短时延，适应场景更广泛。
附图说明
图1为本发明一个实施例所述煤流体积实时检测装置的结构在皮带机上的安装示意图；
图2为本发明一个实施例所述采用激光三角法测量煤流体积的原理示意图；
图3为本发明一个实施例所述图像处理模块对摄像头采集到的图像进行标定时的操作界面示意图；
图4为本发明一个实施例所述第一标定块、第二标定块和第三标定块为阶梯标定块的示意图；
图5为本发明一个实施例所述煤流体积实时检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图进一步说明本发明实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
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”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。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。
本申请中提供的以下实施例中的各个技术方案，除非彼此之间相互矛盾，否则不同技术方案之间可以相互组合，其中的技术特征可以相互替换。
本实施例提供一种煤流体积实时检测装置，如图1所示，包括皮带100、激光器200和摄像头300，还包括置于监控中心的监控系统内的图像处理模块，其中：
所述激光器200，设置于皮带100的上方且所述激光器200的激光发射方向垂直于皮带100运行方向，所述激光器200向所述皮带100运输的煤流101发射激光；所述摄像头300，设置于所述皮带100的上方且所述摄像头300的采集面与所述激光器200的发射面位于同一高度；所述摄像头300采集发射激光201经所述煤流101表面反射后的反射激光301所成的图像；图像处理模块，接收所述摄像头300发送的所述图像，根据所述图像得到煤流101表面各位置的高度，根据煤流101表面各位置的高度确定煤流体积。
以上方案中，其装置利用激光器200与摄像头300配合图像处理模块实现煤流体积的非接触式测量，能计算出皮带100上煤流101的瞬时体积，与传统方式相比，本装置不与皮带接触，高精度短时延，适应场景更广泛。
具体地，所述图像处理模块中，预存有图像坐标转换模型用于将所述图像中所述煤流表面各位置的图像坐标转换为发射激光所在平面坐标系的空间坐标，根据所述空间坐标得到所述煤流表面各位置的高度。因为摄像头300采集到的图像是激光器200发出的激光经煤流表面反射后得到的，因此，图像处理模块能够通过解析摄像头300采集到的图像确定出煤流表面各个位置在其图像坐标系中的各个位置，而根据激光器200和摄像头300的安装位置关系，能够确定出激光器200所在平面的坐标系(即实际的空间坐标系)与图像坐标系之间的转换关系，根据转换关系能够将图像坐标系中的各个点的位置坐标在实际的空间中的位置，从而能够确定出煤流表面各个位置处的高度，进而求出煤流的截面积，根据煤流的截面积就能够计算出体积。
优选地，如图2所示，所述图像坐标转换模型通过如下公式实现：
Figure BDA0002720935960000061
Figure BDA0002720935960000062
其中，以上公式中的各参数表示为：
k1＝2·tan(α0)/H；
k2＝tan(γ0)；
k3＝h/cos(γ0)；
k4＝2·tan(β0)/W；
Figure BDA0002720935960000071
β0＝∠JOK/2，∠JOK为摄像头水平视场角；
α0＝∠FOE/2，∠FOE为摄像头垂直视场角；
γ0＝∠IOG，∠IOG为摄像头俯仰视场角；
h为所述摄像头的光心到所述激光器光心的水平距离；
H为待计算位置处的实际高度；
Xp为待计算位置处的实际横坐标；
Yp为待计算位置处的实际纵坐标。
以上方案中的煤流体积检测的基本原理是激光三角法，激光三角法是通过对图像坐标系与激光平面坐标系之间的转换关系，建立数学模型，通过公式推导实现图像中的点与激光平面中点的坐标转换，即完成对实际高度的测量。
优选地，本装置同时具有高精度标定方案，具体地，所述图像处理模块中还预存有用于对所述图像坐标转换模型中各参数进行标定的标定块。利用特有的阶梯标定工具与标定软件，实现激光三角测量的高精度标定，图3所示为标定界面，所述图像处理模块中的所述标定块包括针对空皮带图像进行标定的第一标定块，对所述摄像头阜阳视场角进行标定的第二标定块以及对所待计算位置处的实际高度的检测结果进行标定的第三标定块。
优选地，所述图像处理模块中的所述第一标定块、所述第二标定块和所述第三标定块均为如图4所示的阶梯标定块。即，采用阶梯标定方法，在标定时使用一个固定阶梯面作为标定板，将摄像头采集到的图像投影到阶梯面后，再通过图像延拓的方法获得不同位置的参考平面条纹图，以获取标定平面，无需移动标定板即可实现标定过程，简化标定步骤和标定系统。实验结果表明：使用阶梯标定方法进行实际测量并获得三维结果，克服了传统标定方法需要移动参考平面的局限性，简化系统标定步骤，无需标定板移动装置，减少标定采集图像数量，扩大适用范围。
本发明以上实施例提供的装置安装在皮带正上方，激光器200垂直于皮带100，摄像头300与图像处理器进行采集并分析图像，利用机器视觉快速识别定位皮带载物的表面轮廓，通过高精度的图像分析系统，实现轮廓信息的数字化建模，通过透视投影关系将图像中物料高度转换为实际高度，利用积分原理计算出当前煤流的横截面积，再根据皮带的运行速度计算皮带物料的体积。
如图5所示，本发明一部分实施例还提供一种煤流在线体积实时检测方法，包括如下步骤：
S101：获取摄像头采集到的煤流表面的图像，所述图像为激光器的发射激光经所述煤流表面反射后的反射激光所成的图像；
S102：根据所述图像得到煤流表面各位置的高度；根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积。
以上方案实现了煤流体积的非接触式测量，不会给皮带带来伤害，高精度短时延，适应场景更广泛。
优选地，通过如下图像坐标转换模型将所述图像中所述煤流表面个位置的图像坐标转换为发射激光所在平面坐标系的空间坐标，根据所述空间坐标得到所述煤流表面各位置的高度：
Figure BDA0002720935960000081
Figure BDA0002720935960000082
其中，以上公式中的各参数表示为：
k1＝2·tan(α0)/H；
k2＝tan(γ0)；
k3＝h/cos(γ0)；
k4＝2·tan(β0)/W；
Figure BDA0002720935960000091
β0＝∠JOK/2，∠JOK为摄像头水平视场角；
α0＝∠FOE/2，∠FOE为摄像头垂直视场角；
γ0＝∠IOG，∠IOG为摄像头俯仰视场角；
h为所述摄像头的光心到所述激光器光心的水平距离；
H为待计算位置处的实际高度；
Xp为待计算位置处的实际横坐标；
Yp为待计算位置处的实际纵坐标。
优选地，上述方法还包括如下步骤：通过标定块对所述图像坐标转换模型中各参数进行标定的步骤。通过高精度标定方案对图像处理过程中的各个参数进行标定，使上述煤流体积的测量结果更精确。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种煤流体积实时检测装置，其特征在于，包括：
激光器，设置于皮带的上方且所述激光器的激光发射方向垂直于皮带运行方向，所述激光器向所述皮带运输的煤流发射激光；
摄像头，设置于所述皮带的上方且所述摄像头的采集面与所述激光器的发射面位于同一高度；所述摄像头采集发射激光经所述煤流表面反射后的反射激光所成的图像；
图像处理模块，接收所述摄像头发送的所述图像，根据所述图像得到煤流表面各位置的高度，根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积。
2.根据权利要求1所述的煤流体积实时检测装置，其特征在于：
所述图像处理模块中，预存有图像坐标转换模型用于将所述图像中所述煤流表面各位置的图像坐标转换为发射激光所在平面坐标系的空间坐标，根据所述空间坐标得到所述煤流表面各位置的高度。
3.根据权利要求2所述的煤流体积实时检测装置，其特征在于，所述图像坐标转换模型通过如下公式实现：
Figure FDA0002720935950000011
Figure FDA0002720935950000012
其中，以上公式中的各参数表示为：
k1＝2·tan(α0)/H；
k2＝tan(γ0)；
k3＝h/cos(γ0)；
k4＝2·tan(β0)/W；
Figure FDA0002720935950000013
β0＝∠JOK/2，∠JOK为摄像头水平视场角；
α0＝∠FOE/2，∠FOE为摄像头垂直视场角；
γ0＝∠IOG，∠IOG为摄像头俯仰视场角；
h为所述摄像头的光心到所述激光器光心的水平距离；
H为待计算位置处的实际高度；
Xp为待计算位置处的实际横坐标；
Yp为待计算位置处的实际纵坐标。
4.根据权利要求2或3所述的煤流体积实时检测装置，其特征在于：
所述图像处理模块中还预存有用于对所述图像坐标转换模型中各参数进行标定的标定块。
5.根据权利要求4所述的煤流体积实时检测装置，其特征在于：
所述图像处理模块中的所述标定块包括针对空皮带图像进行标定的第一标定块，对所述摄像头阜阳视场角进行标定的第二标定块以及对所待计算位置处的实际高度的检测结果进行标定的第三标定块。
6.根据权利要求5所述的煤流体积实时检测装置，其特征在于：
所述图像处理模块中的所述第一标定块、所述第二标定块和所述第三标定块均为阶梯标定块。
7.根据权利要求4所述的煤流体积实时检测装置，其特征在于：
所述图像处理模块，用于根据煤流表面各位置的高度经积分运算出当前煤流的横截面积，根据所述煤流的横截面积和所述皮带的运行速度得到所述煤流体积。
8.一种煤流在线体积实时检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取摄像头采集到的煤流表面的图像，所述图像为激光器的发射激光经所述煤流表面反射后的反射激光所成的图像；
根据所述图像得到煤流表面各位置的高度；根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积。
9.根据权利要求8所述的煤流在线体积实时检测方法，其特征在于，根据所述图像得到煤流表面各位置的高度；根据煤流表面各位置的高度确定煤流体积的步骤中：
通过如下图像坐标转换模型将所述图像中所述煤流表面个位置的图像坐标转换为发射激光所在平面坐标系的空间坐标，根据所述空间坐标得到所述煤流表面各位置的高度：
Figure FDA0002720935950000031
Figure FDA0002720935950000032
其中，以上公式中的各参数表示为：
k1＝2·tan(α0)/H；
k2＝tan(γ0)；
k3＝h/cos(γ0)；
k4＝2·tan(β0)/W；
Figure FDA0002720935950000033
β0＝∠JOK/2，∠JOK为摄像头水平视场角；
α0＝∠FOE/2，∠FOE为摄像头垂直视场角；
γ0＝∠IOG，∠IOG为摄像头俯仰视场角；
h为所述摄像头的光心到所述激光器光心的水平距离；
H为待计算位置处的实际高度；
Xp为待计算位置处的实际横坐标；
Yp为待计算位置处的实际纵坐标。
10.根据权利要求8或9所述的煤流在线体积实时检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：
通过标定块对所述图像坐标转换模型中各参数进行标定的步骤。
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