專利名稱：一種非接觸式煤倉煤位光電測量方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供了一種非接觸式，基于圖像中激光光斑成像點與圖像中心點間的像 素數(shù)，通過查詢預先標定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，獲取料倉內(nèi)各種物料(顆粒 狀、粉末狀)料位深度值的高可信度測量方法與裝置，屬物位測量的技術領域。特別適 用于礦井煤倉煤位的深度測量。該測量裝置主要由CCD數(shù)字相機、激光發(fā)射器、圖像處 理器和圖像實時顯示系統(tǒng)組成。
背景技術：
為了使礦井生產(chǎn)能夠正常地進行，并充分發(fā)揮設備的效能，在礦井井下主要運 輸環(huán)節(jié)之間(如井底、采區(qū)或工作面)普遍設置了各種類型的煤倉，用以調(diào)節(jié)和緩沖各 環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力，使之連接成一個有機的整體，以保證煤和矸石源源不斷地運到地面上 來。一般煤礦井下的煤倉是筒狀體、錐狀體或半桶半錐狀混合體，需考慮由于垂深大， 煤流動時對倉壁的沖擊。以國標(GB50215-2005)的建議尺寸為例，煤倉高度40m，直 徑8m。在這種環(huán)境下，隨著煤流連續(xù)不斷地輸送到煤倉容器中，煤面距離煤倉頂部的距 離越來越近，如不及時停止加料，就有溢出(冒倉)的可能，因此必須設定煤倉煤位深度 估計的上限。反之，如果出現(xiàn)煤排空(空倉)的現(xiàn)象，對煤倉而言損害是致命的。因為 卸煤后煤流的自然下落，倉體下部低料位貯煤可以對倉口起到緩沖的作用，從而保護煤 倉下面的給煤機避免被砸壞。如果空倉，一方面意味著倉體下部沒有貯煤，卸煤后煤塊 從高處直接下落對倉體底部的砸擊作用，很容易砸壞倉體；另外一方面，煤倉連通著兩 個巷道，一個是進風巷，一個是回風巷，空倉直接造成了通風系統(tǒng)的短路，因此為避免 上述煤礦不安全事故的發(fā)生，必須保留一定的倉體儲煤量，設定煤倉煤位深度估計的下 限位置。煤倉煤位的深度檢測是煤礦安全生產(chǎn)的重要措施。多年來人們采用各種方法對 煤倉煤位進行檢測。常用的煤倉煤位的檢測方法有重錘式、電極式、電容式、機桿 式、稱重式、回轉翼輪式、雷達式、超聲波式、激光式、核子式等。其中重錘式、電極 式、電容式、機桿式、稱重式和回轉翼輪式屬于接觸式測量方法，其余的為非接觸式測 量方法?？梢赃M行極限位置測量的方法有重錘式、電極式、核子式和激光式。這些方 法在實際使用中有著不可克服的缺陷。①重錘式在測量時，當往倉內(nèi)存煤時，由于原煤 的粒度變化很大會將重錘埋死，使伺服電機無法將重錘提起，導致煤位計無法工作。并 且由于時常受到煤流的沖擊，極易損壞，使用壽命難以保證；②電極式在測量時，一對 電極只能測某一煤位，原煤倉不同高度安裝的電極，可測相應高度的煤位。煤的導電性 取決于煤的種類和含水率，實際使用中，不同來源和季節(jié)的原煤，所含水分差別很大， 這就導致不同原煤導電性變化非常大，往往使煤位計產(chǎn)生虛假信號，造成事故。③核 子式料位儀不僅有難于解決的發(fā)射窗口污染問題，而且難以保證其輻射源的安全使用和 保管，加上價格昂貴，難以推廣應用；④激光式料位儀在檢測時，雖然有一定的檢測精 度，但在不同煤位時，電磁波反射角的變化較大，粗糙的煤面不僅有很強的吸波作用，還造成反射波的不規(guī)則散射，極大地影響了檢測精度。并且無法解決激光發(fā)射窗口的污 染問題，難于發(fā)揮作用。因此，多年來這些技術中沒有哪一個是能夠保持長期、穩(wěn)定、 安全、可靠工作的。而且，上述方法都存在一個共同的缺點，就是在顯示煤位的同時不 能顯示煤倉內(nèi)的現(xiàn)場實景，因此一旦受到某種影響導致料位信息不準確時，就會誤導操 作人員，發(fā)生事故。根據(jù)煤倉及煤表面的特點，研究一種新型煤位圖像的深度檢測方法 顯得十分重要。中國專利申請?zhí)?1107328.4，
公開日2002.11.6，公開了一種數(shù)字視頻料位計， 該數(shù)字視頻料位計由視頻輸入器、圖像采集卡、微處理器和顯示屏相互連接而成。采用 機器視覺技術檢測固體物料料位，其檢測料位步驟為料位圖像采集、數(shù)字圖像處理和分 析、存儲顯示。把視頻輸入器對準被測物料，視頻輸入器又連接到圖像采集卡的視頻 輸入端，微處理器控制圖像采集卡按用戶設定的采樣周期采集料位圖像，并對該圖像進 行處理，將分析出的料位坐標值與標定的刻度計比較計算出料位真實值，同時將料位圖 像、料位真實值以及該值的變化趨勢顯示在顯示屏上。其測量料位的主要手段是利用料 位坐標點處標定的刻度計上的讀數(shù)來獲取料位真實值的。中國專利申請?zhí)?00710038493.8，
公開日2008.9.24，公開了一種基于機器視覺 的料位測量方法和裝置，該裝置由特殊點光源、圖像采集機、機器視覺模塊等組成。采 用機器視覺技術檢測固體物料料位，其檢測料位步驟為由安裝在料倉頂部的特殊的點 光源發(fā)射出的光束，投射在物料表面，從料倉的垂直剖面上看是等腰的錐形。在不同高 度的水平橫截面上得到不同直徑的高亮度光圓圖像，通過機器視覺模塊采用驗證型光圓 檢測算法進行分析和處理，計算出光源的直徑或面積大小進而獲得料位值。同時，真實 的顯示料位現(xiàn)場實景圖像的裝置。中國專利申請?zhí)?9100675.5，
公開日2000.8.16，公開了一種散焦聚距離測定方 法，尤指一種利用影像處理的方法做廣角度的物體距離測定，即利用一對某一特定距離 為焦距的鏡頭，取得實際景物的模糊影像后，再利用不同的反函數(shù)(散焦函數(shù)的反函數(shù)) 的卷積換算，將其劃分為若干區(qū)塊，并對其區(qū)塊進行散焦情況的對比，由對比結果與預 先求得的值比較求出距離值，獲得以鏡頭圓心的各點距離的估計值。鑒于此，當前煤礦企業(yè)迫切需要一種新型煤倉煤位的測量裝置。本發(fā)明嘗試著 通過實時攝取激光光斑照射在物料表面的有效數(shù)字圖像，計算激光光斑成像點與圖像中 心點間的像素數(shù)，查詢預先標定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，確定煤倉煤位的深度 值。同時，真實的顯示料位現(xiàn)場實景圖像的裝置，并將該測量方法與裝置應用在井下煤 倉煤位的深度估計中。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種結構簡單、精確度高的礦井非接觸式煤倉煤位光電測量方法 與裝置，該測量裝置將CCD數(shù)字相機和激光發(fā)射器安裝于筒狀煤倉主軸頂部，相機光路 垂直于物料表面，預置激光發(fā)射器的光路偏離相機光軸一個固定角度9 (與水平方向所 夾角度為e)，該夾角的設置滿足激光光路與相機光軸間夾角的約束條件，即最小值大于 0° ；最大值必須確保激光光斑的成像區(qū)域在煤倉煤位的最低極限位置時能夠投射在相機 視場范圍內(nèi)的物料表面上，而不是投影到煤倉的倉壁上。CCD數(shù)字相機采用N檔(N =1，2，…，n)分段定焦，N次調(diào)節(jié)數(shù)字相機的焦距f和光圈F，以滿足在整個煤倉的不同 煤位處均能攝取較為清晰的圖像。本發(fā)明的測量方法是利用CCD數(shù)字相機實時攝取照射 在煤倉煤位表面上的激光光斑圖像，運用數(shù)字圖像處理方法，進行激光光斑成像點的檢 測和定位，通過計算圖像中激光光斑成像點與圖像中心像素點間的像素數(shù)，查詢預先標 定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，確定煤倉煤位的深度值H。本發(fā)明的思路是伴隨著煤倉煤位的上升和下降，從CCD數(shù)字相機獲取的數(shù)字圖 像看，煤倉中煤位越高，圖像中激光光斑偏離圖像中心的像素數(shù)就越?。幌喾?，煤倉中 煤位越低，圖像中激光光斑偏離圖像中心的像素數(shù)就越大。通常，激光光斑在CCD靶面 上所占的面積越大，即占有更多的像素數(shù)，光斑圖像的細節(jié)就越清晰，激光光斑能量中 心的位置就分析得越準確?？紤]到煤礦井下高粉塵、高濕度、低照度的惡劣成像環(huán)境， 采集到的光斑圖像受輔助光源光照強度的影響很大，原始圖像往往質(zhì)量較差、亮度不均 勻。圖像質(zhì)量的下降導致圖像模糊、特征淹沒，目標光斑區(qū)域不易從背景區(qū)域中分離出 來，使得數(shù)字圖像處理技術應用于煤倉煤位深度測量受限。為了識別出感興趣的目標區(qū) 域(激光光斑)，本發(fā)明提出了一種融合多種圖像處理算法的激光光斑檢測方法，具體包 括源圖像采集、圖像去噪、OSTU法自適應圖像分割、圖像形態(tài)學光斑提取、光斑形心的 計算。主要步驟是首先，對激光光斑在煤位表面的數(shù)字圖像進行預處理，以便將我們 感興趣的激光光斑目標突顯出來；其次，對圖像進行降噪，根據(jù)激光光斑圖像的高亮度 特征，運用平滑和濾波，對圖像進行OSTU法自適應閾值分割，把目標區(qū)域和背景區(qū)域 分離出來，確定光斑區(qū)域；然后通過圖像形態(tài)學的方法進行光斑提取，根據(jù)光斑為近似 圓的圖形的特征，對圖像進行標注和邊緣檢測；最后，對光斑重心、光斑質(zhì)心、照射精 度等激光光斑參數(shù)進行統(tǒng)計測量計算。確定圖像中激光光斑的成像點與圖像中心像素點 間的像素數(shù)，查詢預先標定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，進而確定煤倉煤位的深度 信息。其中，查詢深度表，即預先標定對應不同像素數(shù)均值的深度表，首先將數(shù)字相機 的焦聚位置設定在第1檔處，使用下方水平懸吊一板材和帶有長度標志的M米的細繩(M
為煤倉的深度)，順次下放板材，每次下放間隔X米(X為料位檢測絕對誤差，取|為整
數(shù))，并保證不同深度的板材上均有激光光斑，拍攝對應不同深度的板材表面激光光斑圖
像，共攝取f幅；然后，針對|幅圖像，分別運用圖像處理算法，得到不同深度所對應
圖像激光成像點與圖像光路中心點之間的像素數(shù)的列表；根據(jù)不同的焦距檔位(第2檔、
第3檔........第N檔)，重復上述標定的過程，獲得對應不同焦距和光圈下，激光成像
點與圖像光路中心點之間像素數(shù)對應煤倉煤位值的N個列表。本發(fā)明的有益效果是，可以在準確檢測煤倉煤位的深度信息的同時，方便地實 時顯示當前的煤倉內(nèi)部實景，避免出現(xiàn)空倉和滿倉的事故，并且將激光發(fā)射器、數(shù)字相 機以及圖像處理器置于一個具有透明視窗的防爆外殼中，透明視窗具有高壓水沖塵、高 壓空氣沖塵，防塵刷刷塵措施，測量數(shù)據(jù)準確，無灰塵堆積。1.結構簡單、精確度高。本發(fā)明的測量裝置由CCD數(shù)字相機，激光發(fā)射器和圖 像處理器構成，結構簡單；基于圖像中激光光斑成像點與圖像中心像素點間的像素數(shù)， 隨著煤倉煤位高低變化直接反映在圖像中，運用識別激光光斑成像點的圖像處理算法， 查詢預先標定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，確定煤倉煤位的深度值，精確度高。
2.魯棒性好。本發(fā)明的測量裝置采用N檔(N= 1，2，…，n)分段定焦，N次 調(diào)節(jié)數(shù)字相機的焦距f和光圈F，以滿足在整個煤倉的不同煤位處，數(shù)字相機均能攝取包 含有激光光斑成像區(qū)域的清晰圖像，排除了因圖像散焦模糊而帶來的外在干擾，測量的 魯棒性好。3.實時快速。本發(fā)明的測量方法中煤的深度信息是利用查詢預先標定的對應不 同像素數(shù)均值的深度表，確定煤倉煤位的深度值，算法只計算以圖像中心像素點與激光 光斑成像點之間的一小部分的像素差，很好保證了系統(tǒng)的高實時性。4.可視化效果好。本發(fā)明的測量裝置將激光光斑圖像的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過同軸電纜 和光纖傳輸至煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)分站和地面控制終端，完成煤倉煤位表面圖像的實時顯 示，可視化效果好。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明裝置的結構原理圖。圖2是非接觸式煤倉煤位光電測量裝置硬件原理圖。圖3是圖像采集系統(tǒng)框圖。圖4是激光光斑識別的流程圖。圖5是非接觸式煤倉煤位光電測量方法流程圖。圖6是標定對應不同像素數(shù)均值深度表的流程中1.礦用本安型光纖攝像機XSN8KBA149，2.長距離半導體激光發(fā)射器 Trimble LL400, 3.成像中心像素點，4.具有透明視窗的防爆外殼，5.激光光路，6.相機光 軸，7.筒狀煤倉，8.煤位上限位置，9.煤位下限位置，10.激光成像光斑，11.煤倉煤位表 面，12.煤倉倉壁，13.DSP圖像處理芯片TMS320C6416。
具體實施例方式在圖1中，本發(fā)明裝置在筒狀煤倉(7)主軸的內(nèi)頂部，按照先驗信息(基線 b，夾角e)固定礦用本安型光纖攝像機XSN8KBA149(1)和長距離半導體激光發(fā)射器 Trimble LL400 (2)的位置。相機光軸(6)垂直于煤倉煤位表面(11)，確保相機(1)的視 場范圍能夠涵蓋整個筒狀煤倉(7)內(nèi)的煤位表面(11)。數(shù)字相機(1)采用N檔(N = 1， 2，…，n)分段定焦，N次調(diào)節(jié)數(shù)字相機(1)的焦距f和光圈F，以滿足在整個筒狀煤倉 (7)的不同煤位(11)處，數(shù)字相機(1)均能攝取較為清晰的圖像。將激光發(fā)射器(2)安裝 于煤倉內(nèi)頂部，激光光路(5)布置在與水平方向成e角的位置，確保激光成像光斑(10) 能夠投射在相機視場范圍內(nèi)的煤倉煤位表面(11)上。激光發(fā)射器(2)采用紅色點光源， 圓型光斑模式。光電測量裝置夾角的設置滿足激光光路(5)與相機光軸(6)間夾角的約束 條件，即最小值大于0° ；最大值必須確保激光束光路(5)在煤倉煤位的上限位置(8)或 煤倉煤位的下限位置(9)時仍然能夠投影在煤倉煤位表面(11)上，而不是投影到煤倉的 倉壁(12)上。攝取的有效數(shù)字圖像信息送入DSP圖像處理器(13)中，圖像處理器采用 DSP芯片TMS320C6416(13)作為內(nèi)核，使用通用USB 2.0接口控制器CY7C68001 (210) 進行接口設計，將處理后的煤位圖像信號實時傳到PC機(301)中，完成煤倉煤位的深度檢測。在圖2所示實施例中，采用DSPTMS320C6416(13)作為圖像處理器內(nèi)核，高速 通用串行總線 USB 2.0 的接 口器件 CY7C68001 (210)，IS61LV256 是 256K*16bit SRAM1 芯片(203)，STT39VF1601 是 lM*16bitFLASH 芯片(204)。選用 FIFO CY7C68001 (210) 緩存數(shù)據(jù)塊，實現(xiàn)DSP TMS320C6416(13)與高速模數(shù)轉換器AD9220 (209)的接口， 完成數(shù)據(jù)采集的智能控制。由DSP確定實時采樣或等效采樣的采樣時鐘頻率，由 SRAM1 (203)寫入時鐘。采用 FPGAEP1C6Q240 芯片(208)，AD9220 芯片(209)， 在最佳采樣時鐘控制下，將轉換后的信號送到SDRAM中。其中，為擴展數(shù)據(jù)的存 儲空間，提高讀寫速度，采用K4S641632 SDRAM芯片(213)，提出一種基于FPGA EPIC6Q240(208)的SDRAM控制器的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)方法。為減輕FPGA I/O數(shù)量壓力， 采用AD9220串行轉換芯片(209)，將FPGA接受的用戶輸入電路偏置電平、觸發(fā)電平 校準控制信號轉換為模擬信號去控制輸入電路和觸發(fā)電路。運用可調(diào)節(jié)電平觸發(fā)方式 采用高速比較器AD96685、LM1881器件將觸發(fā)信號轉換成方波觸發(fā)信號。采用CPLD EPM1270T144(205)、SRAM IDT71V416L-10PH (206)以及 TFT PT35TN01 (207)組成實 時顯示模塊。在圖3所示實施例中，本發(fā)明裝置選用礦用本安型光纖攝像機XSN8KBA149⑴ 來采集圖像，使用本安外殼將固體ICX205AL型CCD傳感器與激光發(fā)射器(2)融合在 一起，密閉于具有透明視窗的防爆外殼(4)中。煤倉被測煤位表面(11)通過玻璃視窗 經(jīng)光學系統(tǒng)成像在攝像頭的CCD傳感器上，然后輸出信號本安傳輸至AD9220型A// D(209)轉換器，所轉換的數(shù)據(jù)再經(jīng)DSPTMS320C6416(13)預處理，通過USB2.0接口器 件CY7C68001 (210)對TMS320C6416 (13)進行接口設計，實現(xiàn)DSP和PC機通信，將 DSP處理過的圖像信號實時傳輸?shù)絇C機(301)進行存儲、顯示或進行數(shù)據(jù)分析等，完成 了圖像采集和實時傳輸?shù)倪^程。在圖4所示實施例中，由于圖像的目標背景對比度低，噪聲大而圖像的能量主 要集中在其低頻部分，需要提取的激光光斑邊緣信息主要集中在其高頻部分，因此，本 發(fā)明中提取激光光斑首先要解決的內(nèi)容是去掉低頻干擾同時保持邊緣信息。首先，選用 LaPlace微分算子進行銳化(401)，強調(diào)圖像中灰度的突變及降低灰度緩慢變化的區(qū)域， 增強邊緣和其它突變(如噪聲)，并削弱灰度變化緩慢的區(qū)域(圖像背景中可見的大面 積連續(xù)噪聲)?？梢允箞D像中的各灰度值得到保留，使灰度突變處的對比度得到增強， 最終結果是在保留圖像背景的前提下，突現(xiàn)出圖像中小的細節(jié)信息，使圖像反差增加， 邊緣明顯；其次，實際獲取的激光光斑圖像在形成、傳輸、接收和處理過程中受到煤倉 內(nèi)高粉塵，高濕度，低照度成像環(huán)境的影響，數(shù)字化過程的量化噪聲及人為因素等多方 面的噪聲干擾，惡化了圖像質(zhì)量，使圖像模糊，特征淹沒，給圖像處理帶困難。運用分 段非線性直方圖拉伸(402)，通過對比度拉伸對直方圖進行調(diào)整，擴大圖像前景和背景 灰度的差別，根據(jù)圖像區(qū)域亮度分布的不同采用不同的變換曲線，擬合拉伸曲線，實現(xiàn) 對激光光斑圖像進行增強處理；然后，圖像平滑(403)采用鄰域平均法的均值濾波器， 去除通過掃描得到的圖像中的顆粒噪聲。雖然抑制了噪聲，同時也由于平均而引起了模 糊現(xiàn)象，因而造成視覺上的失真，還需要進行中值濾波(404)，克服平均值濾波所帶來 的圖像細節(jié)模糊，對濾波脈沖干擾及圖像掃描噪聲最為有效。經(jīng)過非線性拉伸，背景干擾與其臨近像素的灰度值有很大差異，因此經(jīng)排序后取中值的結果是將此干擾變成與 其臨近象素的灰度值一樣，達到去除干擾的目的。此外經(jīng)過LaPlace變換后的圖像會增 加噪聲，直方圖拉伸后會突出噪聲的影響，雖已采用了中值濾波，但要作去噪處理，選 用Wiener濾波器(405)，更好地保存圖像的邊緣和高頻細節(jié)信息；再次，根據(jù)激光光斑 圖像的高亮度特征，再采用自適應閾值(406)的辦法做圖像分割，將目標從背景中提取 出來，當照明不均勻、有突發(fā)噪聲，或者背景灰度變化比較大時，整幅圖像分割將沒有 合適的單一門限，因為單一的閾值不能兼顧圖像各個像素的實際情況。為減少亮度不均 勻，采用自適應閾值分割將圖像細分成多個圖像子區(qū)域，對每一子圖像分別選取一個閾 值進行分割，用于定位圖像中的物體和邊界。通常選取每塊圖像中各像素閾值的平均值 或最大值與最小值的平均值作為閾值T = (max Value+min Value) /2。由于目標是提取激 光光斑，不需要所有象素的灰度值，為加快運算速度，先將灰度圖像二值化(407)，就是 把圖像轉換為只有0和1兩個值的圖像。通過選用閾值δ，若象素灰度值小于δ值， 則置其新灰度值為0，否則置為1。這樣使整個圖像變成僅用兩個值(0和1)來分別表 示的圖像目標和背景圖像的二值圖像，將目標從背景中分離出來；圖像形態(tài)學光斑提取 (408)，在分割的基礎上利用數(shù)學形態(tài)學的方法進行更高層次的特征量進行提取，將目標 區(qū)域分為前景和背景兩個部分，前景包括可能的目標及噪聲。為了去除噪聲干擾，并對 分割的前景進行光斑提取，根據(jù)光斑為近似圓的圖形的特征，對圖像進行標注和邊緣檢 測，最后完成對圖像中目標的統(tǒng)計計算。可用的特征量包括長度、光斑成像橢圓像素 和、重心和質(zhì)心；最后，進行光斑形心計算(409)，假設圖像在CCD上所成像的長度為 RgnWidth,高度為(RgnBottom-RgnTop+1)，已知靶面長度為 Lwidth,靶面高度為 Llleigth, 則圖像的長度像素比為kx = Lwldth/RgnWidth，ky = Llleigth/ (RgnBottom-RgnTop+1)。 通過激光照射器的設計束散角a(mrad)、照射距離L(Km)及圖像的長度像素系數(shù)kx, ky計算出激光光斑在煤面上的成像橢圓的長軸像素值
權利要求
1.一種非接觸式煤倉煤位光電測量裝置，其特征在于將激光發(fā)射器和數(shù)字相機安裝 于煤倉頂部，相機光路垂直于物料表面，激光發(fā)射器布置在與水平方向成θ角的位置， 確保激光光斑的成像區(qū)域能夠投射在相機視場范圍內(nèi)的物料表面上；調(diào)節(jié)數(shù)字相機焦 距，實時攝取激光光斑照射在物料表面的有效數(shù)字圖像；計算激光光斑成像點與圖像中 心點間的像素數(shù)，查詢預先標定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，確定煤倉煤位的深度 值H。
2.根據(jù)權利要求1所述的光電測量方法與裝置，光電測量裝置夾角的設置其特征在于 滿足激光光路與相機光軸間的夾角90° -Θ的約束條件，即最小值大于0° ；最大值必須 確保激光束在煤倉煤位的最低極限位置時仍然能夠投影在物料表面上，而不是投影到煤 倉的倉壁上。
3.根據(jù)權利要求1所述的檢測方法與裝置，其特征在于采用N檔(N=1，2，…，η) 分段定焦，N次調(diào)節(jié)數(shù)字相機的焦距f和光圈F，以滿足在整個煤倉的不同煤位處，數(shù)字 相機均能攝取包含有激光光斑成像區(qū)域的清晰圖像。
4.根據(jù)權利要求1所述的光電測量方法與裝置，生成預先標定對應不同像素數(shù)均值的 深度表的方法，其特征在于首先將數(shù)字相機的焦聚位置設定在第1檔處，使用下方水平 懸吊一板材和帶有長度標志的M米的細繩(M為煤倉的深度)，順次下放板材，每次下放間隔X米(X為料位檢測絕對誤差，取#為整數(shù))，并保證不同深度的板材上均有激光光 斑，拍攝對應不同深度的板材表面激光光斑圖像，共攝取I幅；然后，針對I幅圖像，X. JC分別運用圖像處理算法，得到不同深度所對應圖像激光成像點與圖像光路中心點之間的像素數(shù)的列表；根據(jù)不同的焦距檔位(第2檔、第3檔........第N檔)，重復上述標定的過程，獲得對應不同焦距和光圈下，激光成像點與圖像光路中心點之間像素數(shù)對應煤 倉煤位值的N個列表。
5.根據(jù)權利要求1所述的光電測量方法與裝置，計算煤位深度值的方法，其特征在于 通過計算實時數(shù)字圖像中激光光斑成像點與圖像光路中心點間的像素數(shù)，結合數(shù)字相機 的N次分檔焦距值，查詢預先標定對應不同像素數(shù)的深度表中激光成像點與圖像光路中 心點間像素數(shù)所對應的料位深度，確定煤倉煤位的實際深度值。
6.根據(jù)權利要求1所述的光電測量方法與裝置，測量裝置其特征在于將激光發(fā)射器、 數(shù)字相機以及圖像處理器置于一個具有透明視窗的防爆外殼中，透明視窗具有高壓水沖 塵、高壓空氣沖塵，防塵刷刷塵措施。
7.根據(jù)權利要求1所述的檢測方法與裝置，識別激光光斑成像點的圖像處理算法，其 特征在于包括源圖像采集、圖像去噪、OSTU法自適應圖像分割、圖像形態(tài)學光斑提取、 光斑形心的計算。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非接觸式，基于圖像中激光光斑成像點與圖像中心點間的像素數(shù)，獲取料倉內(nèi)物料深度值的光電測量方法及裝置，屬物位測量技術領域。特別適用于煤倉煤位的深度測量。本發(fā)明裝置在筒狀煤倉主軸頂部固定數(shù)字相機和激光發(fā)射器，使相機光路垂直于物料表面，將激光發(fā)射器布置在與水平方向成θ角的位置，確保激光光斑的成像區(qū)域能夠投射在相機視場范圍內(nèi)的物料表面上。相機采用N檔分段定焦，以滿足在煤倉的不同煤位處均能攝取清晰的圖像。采用DSP作為處理器內(nèi)核，通過計算激光光斑成像點與圖像中心點間的像素數(shù)，查詢預先標定的對應不同像素數(shù)均值的深度表，完成深度檢測。該測量裝置由數(shù)字相機、激光發(fā)射器、圖像處理器和實時顯示模塊組成。
文檔編號G01F23/292GK102023045SQ20101050991
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權日2010年10月18日
發(fā)明者孫繼平, 江靜 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)