CN117299606A - 一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，涉及图像识别应用技术领域。包括支架和筛分机构，所述支架包括底板和支柱，支柱上端固定连接有顶框；所述顶框上设置有相机组和入料斗；所述筛分机构包括筛分盒和筛分器，所述筛分盒包括透光背板和透光背板上方三边设置有围板，透光背板未设置围板一边通过驱动装置与底板转动连接，且透光背板正下方的底板上设置有灯箱，所述筛分器包括筛分框和筛分栏。本发明克服了现有技术的不足，能够实现骨料级配的自动检测，可满足施工现场对骨料的检测需求，且具有自动化程度高、可重复性好、精度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及图像识别应用技术领域，尤其涉及一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置。
背景技术
混凝土的骨料采用不同的粒径搭配混合，被称为骨料的颗粒级配。通过使用良好的级配可以得到更好的混凝土性能。除了粒径尺寸之外，混凝土粗骨料的不规则粒形也将影响空隙率和总表面积，粒形为球形以及接近立方体形状的粗骨料对提高混凝土密实性、强度和耐久性更有利。传统的粗骨料形状评价方法主要是人工筛法，采用一系列不同孔径的孔筛将骨料按尺寸划分为不同的区间，或是人工使用卡尺测量骨料的尺寸，利用标准划分骨料的形状。
传统方法工作量大、费时费力，且精确度有限。目前已有利用相机和图像识别技术对骨料进行检测的研究，但该方法使用单个相机时需要对同一骨料多次拍摄多张照片，效率低；使用多个相机时对布置的精度要求高，搭设装置时步骤繁琐，不适用于需要重复使用的场景。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测系统，能够实现骨料级配的自动检测，可满足施工现场对骨料的检测需求，且具有自动化程度高、可重复性好、精度高等特点。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，包括支架和筛分机构，所述支架包括底板和底板四角阵列排布的支柱，所述支柱下端支撑于地面，支柱上端向底板上方延伸固定连接有顶框；所述顶框上设置有相机组和入料斗；所述筛分机构包括筛分盒和筛分器，所述筛分盒包括透光背板和透光背板上方三边设置有围板，透光背板未设置围板一边通过驱动装置与底板转动连接，且透光背板正下方的底板上设置有灯箱，所述相机组设置于透光背板的正上方，入料斗设置透光背板上端一侧；所述筛分器包括筛分框和筛分框上设置的多个筛分栏，且筛分框一侧下端垂直连接有筛分底板，所述筛分底板远离筛分框的一端通过驱动装置与透光背板之间转动连接，且筛分栏与筛分框内部空间相匹配，筛分栏通过筛分底板的转动对筛分框内部空间进行分割；所述底板靠近驱动装置一侧设置有出料装置。
优选的，所述相机组包括设置于顶框上方中央的多个相机支架和相机支架上设置朝下不同拍摄角度的多个相机。
优选的，所述支柱与顶框连接的夹角处均设置有支架灯。
优选的，所述驱动装置包括设置于底板上方一侧的电动转轴和伸缩电机，所述电动转轴分别与筛分底板一端和透光背板一端转动连接，且伸缩电机下端与底板相固定，伸缩电机上端伸缩端与筛分盒的侧边围板外部滑动连接。
优选的，所述筛分栏上包括多个与筛分框垂直设置的筛分柱，且各个筛分栏上筛分柱设置的排列密度。
优选的，所述出料装置包括设置于底板上的出料口和设置于底板下方的收料箱，所述出料口与驱动装置相邻并与筛分盒转动后相连通，且所述收料箱开口向上。
优选的，所述灯箱包括底板上设置的开口向上的保护盒和保护盒内部排布的灯组。
基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、筛分阶段：通过驱动装置使得筛分盒和筛分器倾斜，将骨料通过入料斗落入下方筛分盒中，筛分盒内部的骨料因自重的作用滑下，停留在不同的筛分柱之间；
S2、平铺阶段：通过驱动装置将筛分盒和筛分器放平，使得骨料达到平铺的目的；
S3、拍摄阶段：保持灯箱灯源的打开，将筛分器转动至相机组拍摄范围之外，采用相机组拍摄下透光背板上一组不同角度的四张骨料照片，用于三维重构；
S4、出料阶段：照片拍摄完成后，控制驱动装置逐渐抬起筛分盒转动倾斜，骨料因自重下落向出料装置完成出料；
S5、重复上述筛分阶段、平铺阶段、拍摄阶段、出料阶段的操作，得到多个批量骨料的多组照片，直至完成对所有骨料的多目视觉拍摄。
优选的，所述步骤S3中在进行拍摄前，控制驱动装置带动筛分盒小幅度振动，使得透光背板上的所有骨料轻微振动，减少骨料堆叠。
优选的，所述装置在使用后将所拍摄信息传输到电脑中，利用多目视觉三维重构算法，完成对透光背板上骨料的三维重构，得到单批次骨料的三维模型信息，利用骨料的三维模型信息，结合图像分割算法，可统计出本批次骨料的级配信息，将得到的多组照片均进行三维重构和图像处理，即可得到每组骨料的级配信息，全部累加即为全部骨料的级配曲线。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，具备以下有益效果：
1、本发明通过抬起筛分盒自动平铺骨料，利用相机组同时拍摄多角度的骨料照片，使用多目视觉三维重构技术完成对骨料的自动化检测；能够通过一个装置来提升骨料检测的速度，能够实现骨料的大批量自动化检测，满足施工现场对骨料的级配检测需求，具有自动化程度高、可重复性好、成本低精度高等特点。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明筛分盒立体结构示意图；
图3为本发明装置自动检测过程各阶段正视剖面结构示意图，其a为筛分阶段，b为平铺阶段，c为拍摄阶段，d为出料阶段。
图中：1、筛分盒；11、透光背板；12、围板；2、筛分器；21、筛分框；22、筛分栏；23、筛分柱；24、筛分底板；3、灯箱；31、灯组；32、保护盒；4、驱动装置；41、电动转轴；42、伸缩电机；5、支架；51、顶框；52、支架灯；53、支柱；54、底板；6、相机组；61、相机；62、相机支架；7、入料斗；8、出料装置；81、出料口；82、收料箱。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。
实施例1：
参照图1-2，一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，所述装置包括筛分盒1、筛分器2、灯箱3、驱动装置4、支架5、相机组6、入料斗7、出料装置8；
所述支架5包括：顶框51、支架灯52、支柱53和底板54；顶框51、支柱53和底板54相固定，承托整个装置的重量；底板54承托驱动装置4和灯箱3，电动转轴41和伸缩电机42承托筛分盒1和筛分器2；支架灯52固定于支柱53上，用于提供筛分盒1上方的照明。
所述筛分盒1包括透光背板11和围板12，透光背板11与围板12相固定，用于收集和承托骨料。透光背板11具有一定透光性，在底部的灯箱照射时使拍摄效果更清晰。
所述筛分器2包括筛分框21、筛分栏22、筛分柱23、筛分底板24；筛分框21分布于围板12上方，平行于骨料下落的方向。多个筛分栏22固定于筛分框21上并垂直于骨料下落方向；每个筛分栏22上固定有一排具有给定间距的筛分柱23，在本装置工作的筛分阶段，筛分器2与筛分盒1并拢时，筛分柱23与透光背板11相接触，随着骨料下落方向，每个筛分栏22上的筛分柱23间距逐渐减小，使得骨料在从上向下通过筛分柱23时，不同大小的骨料停留在不同间距的筛分柱23之间，所述筛分底板24与筛分框21底端相固定，承托从筛分盒1中落出的骨料继续落向出料装置8。
所述灯箱3包括灯组31、保护盒32。灯箱3设置于筛分盒1的正下方，向透光背板11底部提供均匀、适量的光照。灯组31被保护盒32包围，保护盒32的高度略高于灯组31，避免筛分盒1下落时与灯组31碰撞。
所述驱动装置4包括：电动转轴41、伸缩电机42。电动转轴41的转轴端与筛分器2相固定，转轴底端与底板54固定，使得筛分器2可通过控制电动转轴41的转动实现筛分器的转动。所述伸缩电机42的上端与筛分盒1固定，下端与底板54固定，使得筛分盒1可通过控制伸缩电机42的伸缩实现筛分盒1的抬起和落下。伸缩电机42的工作范围是：伸缩电机42伸出时，可使得筛分盒1抬起至倾斜，骨料从筛分盒1的最高侧进入筛分盒1，骨料可在自重的作用下滑向筛分盒1底端；伸缩电机42收缩时，筛分盒1下落至水平位置，骨料停留在不同的筛分柱23之间。电动转轴41转动的范围是：电动转轴41驱动筛分器2位于转动顶端时保持竖直，不出现在相机组6向下的拍摄范围中；电动转轴41驱动筛分器2下落时，筛分器2正好与抬起的筛分盒1贴合。
所述相机组6包括：相机61、相机支架62。相机支架62架设于顶框51上，每个相机支架62上固定有两台相机61，两个相机支架62共固定有4台相机61。相机61均向下拍摄，可拍摄到筛分盒1内不同角度下的骨料照片。
所述入料斗7架设于顶框51上，使得从入料斗7落出的骨料均可顺利进入筛分盒1的最高侧，骨料位于所有筛分柱23的高处一侧。
所述出料装置8包括：出料口81、收料箱82。出料口81固定于底板54上，位于筛分底板24一侧，在骨料从筛分底板24落出时承接骨料，使得骨料落向下方的收料箱82。
实施例2：
参照图3，采用上述实施例1获得的装置进行骨料级配检测：
步骤S1：确保本检测系统处于“筛分阶段”，即控制驱动装置4将筛分盒1和筛分器2一并抬起至一定倾斜角度，使得筛分盒1内最高一侧筛分柱23的上方区域位于入料斗7的正下方，如图3-a所示。
步骤S2：将一批待检测骨料从入料斗7加入，骨料从入料斗7自由落下至筛分盒1内，落在最高一侧筛分柱23的上方区域。骨料在自重的作用下滑向筛分盒1下方，不同大小的骨料停留在不同间距的筛分柱23之间，不同骨料位于不同的位置，因此骨料之间的堆叠在此过程中明显减少。
步骤S3：在所有待检测骨料停留在筛分盒1内后，“筛分阶段”结束，检测进入“平铺阶段”。此时控制驱动装置4将筛分器2、筛分盒1及内部的待测骨料逐渐一并下落至水平位置，筛分盒1进入水平位置后骨料不需要筛分柱23的阻挡即可停留在透光背板11的不同位置，如图3-b所示。
步骤S4：在筛分器2、筛分盒1及内部的待测骨料下落至水平后，进入“拍摄阶段”。控制电动转轴41驱动筛分器2抬起至竖直，使得筛分器2处于相机61的拍摄范围外。同时，控制伸缩电机42小幅度振动，使得透光背板11上的所有骨料轻微振动，避免骨料之间出现堆叠，如图3-c所示。
步骤S5：筛分器2抬起、透光背板11轻微振动后，保持灯组31和支架灯52打开，控制相机61同时拍摄下透光背板11上一组不同角度的四张骨料照片，用于三维重构。
步骤S6：照片拍摄完成后，进入“出料阶段”。控制伸缩电机42逐渐抬起筛分盒1，骨料在自重的作用下落向筛分盒1底端，通过筛分底板24和出料口81，落入收料箱82，如图3-d所示。
步骤S7：所有骨料均落入收料箱82后，控制驱动装置4将筛分盒1和筛分器2一并抬起至一定倾斜角度，使得筛分盒1内最高一侧筛分柱23的上方区域位于入料斗7的正下方，即可重新进入“筛分阶段”，循环步骤S1～S6，重复可得多个批量骨料的多组照片。直至完成对所有骨料的多目视觉拍摄。
步骤S8：利用已成熟的多目视觉三维重构算法，可利用一组照片，完成对透光背板11上该组骨料的三维重构，得到单批次骨料的三维模型信息。利用骨料的三维模型信息，结合图像分割算法，可统计出本批次骨料的级配信息。将得到的多组照片均进行三维重构和图像处理，即可得到每组骨料的级配信息，全部累加即为全部骨料的级配曲线。
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并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，包括支架(5)和筛分机构，其特征在于：所述支架(5)包括底板(54)和底板(54)四角阵列排布的支柱(53)，所述支柱(53)下端支撑于地面，支柱(53)上端向底板(54)上方延伸固定连接有顶框(51)；所述顶框(51)上设置有相机组(6)和入料斗(7)；
所述筛分机构包括筛分盒(1)和筛分器(2)，所述筛分盒(1)包括透光背板(11)和透光背板(11)上方三边设置有围板(12)，透光背板(11)未设置围板(12)一边通过驱动装置(4)与底板(54)转动连接，且透光背板(11)正下方的底板(54)上设置有灯箱(3)，所述相机组(6)设置于透光背板(11)的正上方，入料斗(7)设置透光背板(11)上端一侧；
所述筛分器(2)包括筛分框(21)和筛分框(21)上设置的多个筛分栏(22)，且筛分框(21)一侧下端垂直连接有筛分底板(24)，所述筛分底板(24)远离筛分框(21)的一端通过驱动装置(4)与透光背板(11)之间转动连接，且筛分栏(22)与筛分框(21)内部空间相匹配，筛分栏(22)通过筛分底板(24)的转动对筛分框(21)内部空间进行分割；
所述底板(54)靠近驱动装置(4)一侧设置有出料装置(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，其特征在于：所述相机组(6)包括设置于顶框(51)上方中央的多个相机支架(62)和相机支架(62)上设置朝下不同拍摄角度的多个相机(61)。
3.根据权利要求1所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，其特征在于：所述支柱(53)与顶框(51)连接的夹角处均设置有支架灯(52)。
4.根据权利要求1所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，其特征在于：所述驱动装置(4)包括设置于底板(54)上方一侧的电动转轴(41)和伸缩电机(42)，所述电动转轴(41)分别与筛分底板(24)一端和透光背板(11)一端转动连接，且伸缩电机(42)下端与底板(54)相固定，伸缩电机(42)上端伸缩端与筛分盒(1)的侧边围板(12)外部滑动连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，其特征在于：所述筛分栏(22)上包括多个与筛分框(21)垂直设置的筛分柱(23)，且各个筛分栏(22)上筛分柱(23)设置的排列密度。
6.根据权利要求1所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，其特征在于：所述出料装置(8)包括设置于底板(54)上的出料口(81)和设置于底板(54)下方的收料箱(82)，所述出料口(81)与驱动装置(4)相邻并与筛分盒(1)转动后相连通，且所述收料箱(82)开口向上。
7.根据权利要求1所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置，其特征在于：所述灯箱(3)包括底板(54)上设置的开口向上的保护盒(32)和保护盒(32)内部排布的灯组(31)。
8.一种如权利要求1-7任一所述的基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置的使用方法，其特征在于：所述装置的使用方法包括以下步骤：
S1、筛分阶段：通过驱动装置(4)使得筛分盒(1)和筛分器(2)倾斜，将骨料通过入料斗(7)落入下方筛分盒(1)中，筛分盒(1)内部的骨料因自重的作用滑下，停留在不同的筛分柱之间；
S2、平铺阶段：通过驱动装置(4)将筛分盒(1)和筛分器(2)放平，使得骨料达到平铺的目的；
S3、拍摄阶段：保持灯箱(3)灯源的打开，将筛分器(2)转动至相机组(6)拍摄范围之外，采用相机组(6)拍摄下透光背板(11)上一组不同角度的四张骨料照片，用于三维重构；
S4、出料阶段：照片拍摄完成后，控制驱动装置(4)逐渐抬起筛分盒(1)转动倾斜，骨料因自重下落向出料装置(8)完成出料；
S5、重复上述筛分阶段、平铺阶段、拍摄阶段、出料阶段的操作，得到多个批量骨料的多组照片，直至完成对所有骨料的多目视觉拍摄。
9.根据权利要求8所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置的使用方法，其特征在于：所述步骤S3中在进行拍摄前，控制驱动装置(4)带动筛分盒(1)小幅度振动，使得透光背板(11)上的所有骨料轻微振动，减少骨料堆叠。
10.根据权利要求8所述的一种基于多目视觉三维重构技术的骨料级配检测装置的使用方法，其特征在于：所述装置在使用后将所拍摄信息传输到电脑中，利用多目视觉三维重构算法，完成对透光背板(11)上骨料的三维重构，得到单批次骨料的三维模型信息，利用骨料的三维模型信息，结合图像分割算法，可统计出本批次骨料的级配信息，将得到的多组照片均进行三维重构和图像处理，即可得到每组骨料的级配信息，全部累加即为全部骨料的级配曲线。
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2023
- 2023-11-14 CN CN202311511032.3A patent/CN117299606B/zh active Active
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