；
[0068] 整个系统实现异物侵入检测的工作过程如下：
[0069] 在各单目相机获取的图像中划定监控范围，图像采集与处理系统独立采集单目相 机组中各个相机的图像并利用图像处理方法判断划定区域内是否有异物出现；
[0070] -旦某个相机捕捉到区域内的异物，首先假设物体位于地面，利用异物像点在图 像中的坐标计算该物体在相机坐标系中的位置及方位角；
[0071] 该方位角被发送给激光追踪控制系统，该系统通过方位角和相机姿态计算物体的 位置，并利用激光测距仪和相机的相对姿态计算激光测距仪目标点到达该位置所需旋转和 俯仰的角度，并控制点式激光测距仪沿该方位角移动扫描，确定障碍物在该方位角所在射 线上的位置；
[0072] 激光追踪控制系统将障碍物的距离值和激光器的当前位置返回给图像处理系统， 图像处理系统利用这些数值计算障碍物的具体位置，并利用该值作为初始条件结合图像中 的异物像素判断物体的实际大小及位置。
[0073] 利用根据本申请的异物侵入检测方法和异物侵入检测装置，具体地，根据这种单 目相机组和点式激光测距相结合的方式，实现了优于现有技术的有益技术效果，例如，可以 提高单个设备对狭长地域的监控范围，而且能够准确判断侵限物体的大小及位置，从而提 高异物侵入检测的准确度和可靠性。
[0074] 虽然已经示出并描述了本发明的优选实施方式，但是可以对其进行各种更改和替 换，这并不背离本发明的精神和范围。因此，将理解的是，已经通过示例而非限定的方式描 述了本发明。
【主权项】
1. 一种异物侵入检测装置，包括至少一个单目相机、单点激光测距仪、激光追踪控制系 统、图像采集处理系统，其中： 所述至少一个单目相机配置成，将各自监测范围内的图像传输至所述图像采集处理系 统； 所述激光追踪控制系统配置成，控制所述单点激光测距仪按照一旋转角度和一俯仰角 度进行相应的旋转和俯仰动作，以使得所述单点激光测距仪测量异物到达所述单点激光测 距仪的直线距离，并且将测得的所述直线距离传输至所述图像采集处理系统； 所述图像采集处理系统配置成，根据从所述至少一个单目相机接收的图像判断各个单 目相机的监测范围内是否出现疑似异物并且在出现疑似异物的情况下进行如下操作： a) 获取疑似异物图像和疑似异物像点； b) 计算所述疑似异物在相应单目相机的相机坐标中的位置及方位角； c) 利用计算出的所述位置和方位角，计算用于所述单点激光测距仪的所述旋转角度和 所述俯仰角度； d) 所述图像采集处理系统从所述激光追踪控制系统接收所述疑似异物像点到达所述 单点激光测距仪的所述直线距离，并且利用其所接收的所述直线距离和所述疑似异物图 像，复原所述疑似异物的实际位置和实际尺寸，从而判断所述疑似异物是否为侵入异物。
2. 根据权利要求1所述的异物侵入检测装置，其中，所述至少一个单目相机是多个单 目相机并构成单目相机组，所述单目相机组中的各个单目相机设置成使相邻单目相机的图 像覆盖范围部分地重合，从而相比于单一单目相机，所述单目相机组无缝地覆盖更大的图 像范围。
3. 根据权利要求2所述的异物侵入检测装置，其中，所述多个单目相机安装在同一机 箱内且它们之间的位置关系是固定的，各个单目相机的俯仰角度和焦距能够各不相同。
4. 根据权利要求1所述的异物侵入检测装置，其中，所述至少一个单目相机容纳在机 箱内，所述激光测距仪安装在所述机箱的顶部或侧面，通过标定获取所述激光测距仪相对 于所述机箱的初始位置。
5. 根据权利要求1所述的异物侵入检测装置，其中，所述激光追踪控制系统包括具有 俯仰机构、旋转机构和致动机构的云台，所述云台载有所述单点激光测距仪并且配置成根 据所接收的旋转角度和俯仰角度使所述单点激光测距仪进行旋转和俯仰动作。
6. 根据权利要求1所述的异物侵入检测装置，其中，判断各个单目相机的监测范围内 是否出现疑似异物的操作包括：基于各相机图像序列的背景更新和基于背景差分的异物检 测，如果两帧图像之差大于预定阈值，则确定所述监测范围内出现疑似异物。
7. 根据权利要求1所述的异物侵入检测装置，其中，所述疑似异物像点为所述疑似异 物图像的质心。
8. 根据权利要求7所述的异物侵入检测装置，其中，所述图像采集处理系统在计算所 述疑似异物在相应单目相机的相机坐标中的位置及方位角时，假设所述疑似异物位于地面 上而计算所述位置及所述方位角。
9. 根据权利要求1所述的异物侵入检测装置，其中，所述激光测距仪的测距范围能够 覆盖位于所述至少一个单目相机所覆盖的图像监测范围内的任何位置。
10. -种异物侵入检测方法，包括如下步骤： 设置至少一个单目相机，将各自监测范围内的图像传输至图像采集处理系统； 所述图像采集处理系统根据从所述至少一个单目相机接收的图像判断各个单目相机 的监测范围内是否出现疑似异物；在出现疑似异物的情况下进行如下操作：a)获取疑似异 物图像和疑似异物像点；b)计算所述疑似异物在相应单目相机的相机坐标中的位置及方 位角；c)利用计算出的所述位置和方位角，计算用于单点激光测距仪的旋转角度和俯仰角 度； 所述激光追踪控制系统控制所述单点激光测距仪按照所述旋转角度和所述俯仰角度 进行相应的旋转和俯仰动作，以使得所述单点激光测距仪测量所述异物到达所述单点激光 测距仪的直线距离，并且将测得的所述直线距离传输至所述图像采集处理系统； 所述图像采集处理系统从所述激光追踪控制系统接收所述疑似异物像点到达所述单 点激光测距仪的所述直线距离，并且利用其所接收的所述直线距离和所述疑似异物图像， 复原所述疑似异物的实际位置和实际尺寸，从而判断所述疑似异物是否为侵入异物。
【专利摘要】异物侵入检测装置和异物侵入检测方法，单目相机配置成将监测范围内图像传输至图像采集处理系统；激光追踪控制系统配置成控制单点激光测距仪按旋转角度和俯仰角度旋转和俯仰，单点激光测距仪测量异物到单点激光测距仪的直线距离，将该直线距离传输至图像采集处理系统；图像采集处理系统根据接收的图像判断单目相机监测范围内是否出现疑似异物并在出现疑似异物时：获取疑似异物图像和疑似异物像点；计算疑似异物在相应单目相机的相机坐标中的位置及方位角；利用得出的位置和方位角计算用于单点激光测距仪的旋转角度和俯仰角度；图像采集处理系统利用其接收的直线距离和疑似异物图像复原异物实际位置和尺寸，判断疑似异物是否为侵入异物。
【IPC分类】G01C3-00, B61L23-00, G01C11-02
【公开号】CN104590319
【申请号】CN201410257898
【发明人】郭保青, 余祖俊, 朱力强, 史红梅, 许西宁, 王耀东, 王尧
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年6月11日