CN113890973A - 井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置 - Google Patents

Abstract

一种井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，包括顶板、左侧板、预置阻尼模块、滚轮、水平夹板、主卷轴、托辊、前板、双色聚光灯、底板、透光薄膜卷、U型竖夹板、副卷轴、右侧板、电机、副齿轮、主齿轮和背板，采用自然界鲜有的532nm绿激光和635nm红激光辅助粉尘成像，可以基于像素点颜色直接确定粉尘的污染程度，避免采用复杂算法识别粉尘，采用循环透光薄膜的方式，保证了镜头前的清洁环境，特别适合难以清洁的油性粉尘，避免了搭建专用的水和气管道，安装和维护成本低，从而对井下运输巷道监控摄像机镜头进行自动除尘，有效保障了高粉尘环境下的视频监控有效性。

Description

井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置

技术领域

本发明涉及一种煤矿视频监控技术领域，尤其是一种适用于井下运输巷道的监控摄像机镜头自动防尘装置。

背景技术

视频监控技术因具备非破坏、客观、准确、全面和及时等优点，在煤矿生产中得到广泛应用。然而，狭长运输巷道中连续采掘运输煤炭的特殊工况，导致井下运输巷道中的粉尘浓度远高于一般工业场所的最大容许粉尘浓度，使摄像机镜头易于被粉尘遮蔽，造成视频监控失效，直接影响到监控的可靠性和维护成本。

针对高粉尘环境下的镜头防尘清洗，目前主要采用以下几种方式：第一，利用砂布、棉条、毛刷等清洗器具，辅以清洗液和水，进行手动清洗，或者基于回转机构进行镜头清洗，如授权号为ZL202020603458.7的防尘型监控摄像头、授权号为ZL201821797938.0的摄像头防尘装置；第二，配备专用的洁净水循环管道，利用洁净水冲洗镜头，如申请号为CN202010362286.3的矿下风水组合冲洗摄像头除尘装置、授权号为ZL201922086417.5的摄像头自动除尘装置、授权号为ZL201921556199.0的清理摄像头镜面粉尘组件；第三，采用风扇吹拂或者气泵供气的方式，在镜头前形成气帘，吹扫镜头粉尘，如授权号为ZL201921098833.0的矿用摄像头风动除尘除雾装置、授权号为ZL202010380277.7的具有防尘功能枪式摄像头、授权号为ZL201921055369.7的防粉尘及高温气幕摄像头；第四，采用静电吸附除尘的原理，基于超声波发生器、静电发生器和负离子发生器等装置，有效减少镜头表面的粉尘吸附，如授权号为ZL201721259808.7的监控用防尘摄像头、授权号为ZL201721863899.5的摄像头防尘装置。

然而，现有研究尚存在不足：第一，研究主要集中在防尘清洗机构上，而针对镜头粉尘污染程度检测的研究较少，通常采用肉眼直接观察镜头或者分析客户端图像识别镜头粉尘。通过肉眼观察镜头污染程度效率低，属于定性分析，消耗人力。通过客户端图像识别镜头粉尘需要粉尘与成像背景之间有较大的区分，然而井道中照度低，客户端图像缺乏色彩信息，颜色以黑、灰、白为主，图像中的镜头粉尘与成像背景的颜色相近，不具备明显的纹理或颜色差别，从到导致粉尘识别可靠性低，难以按需清洗镜头，从而加大了清洗成本。第二，采用水循环清洗的方式，通常需要铺设专用的水循环管道，配备供水、净水和回水系统，而运输巷道视频监控部署数量大、分布范围广，铺设专用水循环管道的方法成本高。第三，采用气帘隔断镜头与粉尘环境的方式，需要持续对吹拂的空气进行净化，进而需要配备空气净化装置，而当所处环境粉尘较大时，空气净化设备会较快失效，导致维护成本高。第四，采用静电吸附除尘的方式，装置成本过高，且由于煤矿安全生产需要，运输巷道装置需要避免产生静电，此技术也不具备运输巷道使用条件。因而，有必要研制一种能够对镜头粉尘污染程度可靠检测，兼具经济性和实用性，适用于井下运输巷道的监控摄像机头镜头自动防尘装置。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单，兼具可靠性和实用性的一种井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，包括顶板、左侧板、预置阻尼模块、滚轮、水平夹板、主卷轴、托辊、前板、双色聚光灯、底板、透光薄膜卷、U型竖夹板、副卷轴、右侧板、电机、副齿轮、主齿轮和背板，所述的背板固定于运输巷道监控摄像机的套筒上，所述的前板和U型竖夹板沿镜头轴向设有通孔，前板、U型竖夹板和背板沿着镜头轴向同轴设置，在U型竖夹板上方设有水平夹板，在水平夹板下方、U型竖夹板两侧沿上下方向设置有主卷轴、副卷轴和两个托辊，所述的主卷轴和副卷轴分别设置在U型竖夹板左右两侧，两个托辊对称布置，所述的透光薄膜卷套装在主卷轴上，透光薄膜展开后依次绕过两个托辊，最后卷绕固定在副卷轴上，主卷轴、副卷轴和两个托辊的上下两端分别通过密封滚动轴承嵌装在水平夹板和底板上，主卷轴的上端穿过水平夹板且设有滚轮，所述的滚轮与左侧板之间设有预置阻尼模块，副卷轴的上端穿过水平夹板且设有副齿轮，所述的副齿轮沿前后方向设置有匹配的主齿轮，所述的主齿轮沿上下方向设置有匹配的电机，所述的顶板、底板、前板、背板、左侧板、右侧板共同构成镜头自动防尘装置的外壳，在前板外侧设置有双色聚光灯，所述的双色聚光灯贴近前板的通孔，沿镜头径向投射，调整双色聚光灯的投射角度，使双色聚光灯点亮时，光幕能够覆盖前板的通孔，整个镜头自动防尘装置套装在运输巷道监控摄像机的套筒上，镜头贴近两托辊之间的透光薄膜。

所述的预置阻尼模块包括支座、弹簧、摇臂和顶压轮，所述的支座固定于左侧板上，所述摇臂的一端通过销轴固定在支座上，摇臂的另一端设有顶压轮，支座与摇臂之间设有预压缩的弹簧，在弹簧的弹力作用下，摇臂通过顶压轮对滚轮施加径向压力，使滚轮转动时需要克服阻尼，由于滚轮与主卷轴同轴安装，主卷轴转动时同样需要克服阻尼。

所述的U型竖夹板的开口两端与前板之间有狭缝，该狭缝容纳单层透光薄膜通过，两托辊的外缘贴近前板，在狭缝和托辊的共同限位下，透光薄膜不易有褶皱且紧密贴附于前板，此时镜头与外部环境之间被透光薄膜隔开，外部环境中的粉尘可以贴附在透光薄膜，而不能直接贴附在镜头表面。

所述的双色聚光灯可以投射出532nm绿激光和635nm红激光两种光束。

使用上述装置，当需要检测镜头粉尘污染程度时，首先，双色聚光灯交替点亮绿色和红色，位于前板通孔处透光薄膜上的粉尘在光幕的单向照射下，粉尘颗粒迎着光幕一侧的边缘会显示出亮绿色或亮红色，而前板通孔处透光薄膜上无粉尘颗粒的位置因为薄膜的透光性，不会凸显亮绿色或亮红色，此时在客户端能够获取两种颜色聚光灯辅助粉尘成像的图像；然后，由于532nm绿激光和635nm红激光是自然界鲜有的颜色，可以使粉尘在客户端图像中与成像背景分开，针对双色聚光灯辅助成像的客户端图像，基于像素点颜色识别粉尘的位置、大小和数量，基于概率统计对比分析双色聚光灯的两种客户端图像，识别客户端图像中的伪粉尘，降低成像背景中近似颜色对粉尘检测的干扰，剔除周围环境中反射或散射带来的光噪点；第三，统计粉尘的位置、大小和数量，以占据运输巷道监控摄像机视野的位置和百分比，直接确定粉尘的污染程度，从而决定是否自主启动镜头防尘。

使用上述装置，当检测到粉尘污染程度比较严重，需要启动镜头防尘时，电机带动主齿轮转动，主齿轮通过齿轮副带动副齿轮转动，副齿轮带动副卷轴转动，副卷轴经两个托辊，从主卷轴上将新的透光薄膜拽出，从而更换前板通孔处的透光薄膜，而粉尘污染的废弃薄膜则卷绕在副卷轴上，同时，由于主卷轴转动时需要克服阻尼，电机拖动副卷轴卷绕的过程中，透光薄膜始终处于绷紧状态，避免干扰客户端成像，从而完成矿用监控摄像机的镜头自动防尘。

有益效果：本发明的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，考虑到客户端图像中镜头粉尘不具备明显的轮廓区分度和颜色区分度，采用光学辅助粉尘成像的方式，通过设计光源类型、光源颜色和投射方向，使镜头粉尘在客户端图像中与成像背景分开，可以基于像素点颜色直接确定粉尘的污染程度，避免采用复杂算法识别粉尘，粉尘检测效率和可靠性大为提高。第二，采用自然界鲜有的532nm绿激光和635nm红激光两种颜色辅助粉尘成像，有利于降低成像背景中近似颜色对粉尘检测的干扰，进一步降低粉尘误判的概率。第三，采用循环透光薄膜的方式，保证了镜头前的清洁环境，特别适合难以清洁的油性粉尘，譬如掘进机工作面的粉尘中附带类似焦油类的黏附物，难以通过水清洗和气吹扫的方式除尘。第四，采用低成本透光薄膜，避免了搭建专用的水和气管道，替换效率高，安装和维护成本低。第五，采用主卷轴预置阻尼卷绕的方式，电动机驱动转轴更换透光薄膜的过程中，透光薄膜始终紧绷，避免薄膜出现褶皱，以致干扰客户端成像和粉尘检测。

附图说明

图1是本发明的矿用监控摄像机镜头自动防尘装置安装示意图

图2是本发明装置的结构组成示意图

图3是本发明装置的预置阻尼卷绕原理示意图

图4是本发明装置的透光薄膜自动更换原理示意图

图中：1—镜头自动防尘装置，1-a—顶板，1-b—左侧板，1-c—预置阻尼模块，1-c-a—支座，1-c-b—弹簧，1-c-c—摇臂，1-c-d—顶压轮，1-d—滚轮，1-e—水平夹板，1-f—主卷轴，1-g—托辊，1-h—前板，1-i—双色聚光灯，1-j—底板，1-k—透光薄膜卷，1-m—U型竖夹板，1-n—副卷轴，1-o—右侧板，1-p—电机，1-q—副齿轮，1-r—主齿轮，1-s—背板，2—运输巷道监控摄像机，2-a—镜头，2-b—套筒，3—摄像机支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，主要由顶板1-a、左侧板1-b、预置阻尼模块1-c、滚轮1-d、水平夹板1-e、主卷轴1-f、托辊1-g、前板1-h、双色聚光灯1-i、底板1-j、透光薄膜卷1-k、U型竖夹板1-m、副卷轴1-n、右侧板1-o、电机1-p、副齿轮1-q、主齿轮1-r和背板1-s构成。所述的背板1-s固定于运输巷道监控摄像机2的套筒2-b上，前板1-h和U型竖夹板1-m沿镜头2-a轴向设有通孔，前板1-h、U型竖夹板1-m和背板1-s沿着镜头2-a轴向同轴设置，在U型竖夹板1-m上方设有水平夹板1-e，在水平夹板1-e下方、U型竖夹板1-m两侧沿上下方向设置有主卷轴1-f、副卷轴1-n和两个托辊1-g，主卷轴1-f和副卷轴1-n分别设置在U型竖夹板1-m左右两侧，两个托辊1-g对称布置，透光薄膜卷1-k套装在主卷轴1-f上，透光薄膜展开后依次绕过两个托辊1-g，最后卷绕固定在副卷轴1-n上，主卷轴1-f、副卷轴1-n和两个托辊1-g的上下两端分别通过密封滚动轴承嵌装在水平夹板1-e和底板1-j上，主卷轴1-f的上端穿过水平夹板1-e且设有滚轮1-d，滚轮1-d与左侧板1-b之间设有预置阻尼模块1-c，副卷轴1-n的上端穿过水平夹板1-e且设有副齿轮1-q，副齿轮1-q沿前后方向设置有匹配的主齿轮1-r，主齿轮1-r沿上下方向设置有匹配的电机1-p，顶板1-a、底板1-j、前板1-h、背板1-s、左侧板1-b、右侧板1-o共同构成镜头自动防尘装置1的外壳，在前板1-h外侧设置有双色聚光灯1-i，双色聚光灯1-i贴近前板1-h的通孔，沿镜头2-a径向投射，调整双色聚光灯1-i的投射角度，使双色聚光灯1-i点亮时，光幕能够覆盖前板1-h的通孔，整个镜头自动防尘装置1套装在运输巷道监控摄像机2的套筒2-b上，镜头2-a贴近两托辊1-g之间的透光薄膜。

如图3所示，所述的预置阻尼模块1-c包括支座1-c-a、弹簧1-c-b、摇臂1-c-c和顶压轮1-c-d，支座1-c-a固定于左侧板1-b上，摇臂1-c-c的一端通过销轴固定在支座1-c-a上，摇臂1-c-c的另一端设有顶压轮1-c-d，支座1-c-a与摇臂1-c-c之间设有预压缩的弹簧1-c-b，在弹簧1-c-b的弹力作用下，摇臂1-c-c通过顶压轮1-c-d对滚轮1-d施加径向压力，使滚轮1-d转动时需要克服阻尼，由于滚轮1-d与主卷轴1-f同轴安装，主卷轴1-f转动时同样需要克服阻尼。

如图4所示，所述的U型竖夹板1-m的开口两端与前板1-h之间有狭缝，该狭缝容纳单层透光薄膜通过，两托辊1-g的外缘贴近前板1-h，在狭缝和托辊1-g的共同限位下，透光薄膜不易有褶皱且紧密贴附于前板1-h，此时镜头2-a与外部环境之间被透光薄膜隔开，外部环境中的粉尘可以贴附在透光薄膜，而不能直接贴附在镜头2-a表面。

所述的双色聚光灯1-i可以投射出532nm绿激光和635nm红激光两种光束。

使用上述装置，当需要检测镜头2-a粉尘污染程度时，首先，双色聚光灯1-i交替点亮绿色和红色，位于前板1-h通孔处透光薄膜上的粉尘在光幕的单向照射下，粉尘颗粒迎着光幕一侧的边缘会显示出亮绿色或亮红色，而前板1-h通孔处透光薄膜上无粉尘颗粒的位置因为薄膜的透光性，不会凸显亮绿色或亮红色，此时在客户端能够获取两种颜色聚光灯辅助粉尘成像的图像；然后，由于532nm绿激光和635nm红激光是自然界鲜有的颜色，可以使粉尘在客户端图像中与成像背景分开，针对双色聚光灯1-i辅助成像的客户端图像，基于像素点颜色识别粉尘的位置、大小和数量，基于概率统计对比分析双色聚光灯1-i的两种客户端图像，识别客户端图像中的伪粉尘，降低成像背景中近似颜色对粉尘检测的干扰，剔除周围环境中反射或散射带来的光噪点；第三，统计粉尘的位置、大小和数量，以占据运输巷道监控摄像机2视野的位置和百分比，直接确定粉尘的污染程度，从而决定是否自主启动镜头2-a防尘。

如图4所示，使用上述装置，当检测到粉尘污染程度比较严重，需要启动镜头2-a防尘时，电机1-p带动主齿轮1-r转动，主齿轮1-r通过齿轮副带动副齿轮1-q转动，副齿轮1-q带动副卷轴1-n转动，副卷轴1-n经两个托辊1-g，从主卷轴1-f上将新的透光薄膜拽出，从而更换前板1-h通孔处的透光薄膜，而粉尘污染的废弃薄膜则卷绕在副卷轴1-n上，同时，由于主卷轴1-f转动时需要克服阻尼，电机1-p拖动副卷轴1-n卷绕的过程中，透光薄膜始终处于绷紧状态，避免干扰客户端成像，从而完成矿用监控摄像机2的镜头自动防尘。

Claims (6)

1.一种井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，其特征在于：所述的监控摄像机镜头自动防尘装置(1)包括顶板(1-a)、左侧板(1-b)、预置阻尼模块(1-c)、滚轮(1-d)、水平夹板(1-e)、主卷轴(1-f)、托辊(1-g)、前板(1-h)、双色聚光灯(1-i)、底板(1-j)、透光薄膜卷(1-k)、U型竖夹板(1-m)、副卷轴(1-n)、右侧板(1-o)、电机(1-p)、副齿轮(1-q)、主齿轮(1-r)和背板(1-s)，背板(1-s)固定于运输巷道监控摄像机(2)的套筒(2-b)上，前板(1-h)和U型竖夹板(1-m)沿镜头(2-a)轴向设有通孔，前板(1-h)、U型竖夹板(1-m)和背板(1-s)沿着镜头(2-a)轴向同轴设置，在U型竖夹板(1-m)上方设有水平夹板(1-e)，在水平夹板(1-e)下方、U型竖夹板(1-m)两侧沿上下方向设置有主卷轴(1-f)、副卷轴(1-n)和两个托辊(1-g)，主卷轴(1-f)和副卷轴(1-n)分别设置在U型竖夹板(1-m)左右两侧，两个托辊(1-g)对称布置，透光薄膜卷(1-k)套装在主卷轴(1-f)上，透光薄膜展开后依次绕过两个托辊(1-g)，最后卷绕固定在副卷轴(1-n)上，主卷轴(1-f)、副卷轴(1-n)和两个托辊(1-g)的上下两端分别通过密封滚动轴承嵌装在水平夹板(1-e)和底板(1-j)上，主卷轴(1-f)的上端穿过水平夹板(1-e)且设有滚轮(1-d)，滚轮(1-d)与左侧板(1-b)之间设有预置阻尼模块(1-c)，副卷轴(1-n)的上端穿过水平夹板(1-e)且设有副齿轮(1-q)，副齿轮(1-q)沿前后方向设置有匹配的主齿轮(1-r)，主齿轮(1-r)沿上下方向设置有匹配的电机(1-p)，顶板(1-a)、底板(1-j)、前板(1-h)、背板(1-s)、左侧板(1-b)、右侧板(1-o)共同构成镜头自动防尘装置(1)的外壳，在前板(1-h)外侧设置有双色聚光灯(1-i)，双色聚光灯(1-i)贴近前板(1-h)的通孔，沿镜头(2-a)径向投射，调整双色聚光灯(1-i)的投射角度，使双色聚光灯(1-i)点亮时，光幕能够覆盖前板(1-h)的通孔，整个镜头自动防尘装置(1)套装在运输巷道监控摄像机(2)的套筒(2-b)上，镜头(2-a)贴近两托辊(1-g)之间的透光薄膜。

2.根据权利要求1的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，其特征在于：所述的预置阻尼模块(1-c)包括支座(1-c-a)、弹簧(1-c-b)、摇臂(1-c-c)和顶压轮(1-c-d)，支座(1-c-a)固定于左侧板(1-b)上，摇臂(1-c-c)的一端通过销轴固定在支座(1-c-a)上，摇臂(1-c-c)的另一端设有顶压轮(1-c-d)，支座(1-c-a)与摇臂(1-c-c)之间设有预压缩的弹簧(1-c-b)，在弹簧(1-c-b)的弹力作用下，摇臂(1-c-c)通过顶压轮(1-c-d)对滚轮(1-d)施加径向压力，使滚轮(1-d)转动时需要克服阻尼，由于滚轮(1-d)与主卷轴(1-f)同轴安装，主卷轴(1-f)转动时同样需要克服阻尼。

3.根据权利要求1的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，其特征在于：所述的U型竖夹板(1-m)的开口两端与前板(1-h)之间有狭缝，该狭缝容纳单层透光薄膜通过，两托辊(1-g)的外缘贴近前板(1-h)，在狭缝和托辊(1-g)的共同限位下，透光薄膜不易有褶皱且紧密贴附于前板(1-h)，此时镜头(2-a)与外部环境之间被透光薄膜隔开，外部环境中的粉尘可以贴附在透光薄膜，而不能直接贴附在镜头(2-a)表面。

4.根据权利要求1的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，其特征在于：所述的双色聚光灯(1-i)可以投射出532nm绿激光和635nm红激光两种光束。

5.根据权利要求1的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，其特征在于：当需要检测镜头(2-a)粉尘污染程度时，首先，双色聚光灯(1-i)交替点亮绿色和红色，位于前板(1-h)通孔处透光薄膜上的粉尘在光幕的单向照射下，粉尘颗粒迎着光幕一侧的边缘会显示出亮绿色或亮红色，而前板(1-h)通孔处透光薄膜上无粉尘颗粒的位置因为薄膜的透光性，不会凸显亮绿色或亮红色，此时在客户端能够获取两种颜色聚光灯辅助粉尘成像的图像；然后，由于532nm绿激光和635nm红激光是自然界鲜有的颜色，可以使粉尘在客户端图像中与成像背景分开，针对双色聚光灯(1-i)辅助成像的客户端图像，基于像素点颜色识别粉尘的位置、大小和数量，基于概率统计对比分析双色聚光灯(1-i)的两种客户端图像，识别客户端图像中的伪粉尘，降低成像背景中近似颜色对粉尘检测的干扰，剔除周围环境中反射或散射带来的光噪点；第三，统计粉尘的位置、大小和数量，以占据运输巷道监控摄像机(2)视野的位置和百分比，直接确定粉尘的污染程度，从而决定是否自主启动镜头(2-a)防尘。

6.根据根据权利要求1的井下运输巷道监控摄像机镜头自动防尘装置，其特征在于：当检测到粉尘污染程度比较严重，需要启动镜头(2-a)防尘时，电机(1-p)带动主齿轮(1-r)转动，主齿轮(1-r)通过齿轮副带动副齿轮(1-q)转动，副齿轮(1-q)带动副卷轴(1-n)转动，副卷轴(1-n)经两个托辊(1-g)，从主卷轴(1-f)上将新的透光薄膜拽出，从而更换前板(1-h)通孔处的透光薄膜，而粉尘污染的废弃薄膜则卷绕在副卷轴(1-n)上，同时，由于主卷轴(1-f)转动时需要克服阻尼，电机(1-p)拖动副卷轴(1-n)卷绕的过程中，透光薄膜始终处于绷紧状态，避免干扰客户端成像，从而完成矿用监控摄像机(2)的镜头自动防尘。

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