专利名称：大型料场料堆视觉测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种非接触体积测量领域，尤其涉及一种料堆体积视觉测量系 统。
背景技术：
至今为止，钢铁、化工、电厂等企业所拥有的大型原料场的堆取料操作与进出料规 划，基本上还是依靠以人工操作为主的管理与施工模式，因此极大程度地影响了这些企业 的整体自动化和信息化技术水平的提升。由于此类料场中所堆放的原料均为散装物质，如铁矿沙、焦炭、石灰等，在生产过 程中，其体积量始终处于一种动态变化状态，一般情况下，企业对这些原料的库存量丈量及 其动态管理均依靠人工测量的方法进行，效率低下，每隔一定时间还要停机进行人工测量 影响企业生产的连续性。因此，要实现料场的自动化管理势必首先实现料场的自动测量技 术。在现有技术中已经开始采用激光测距技术实现对料场体积的自动丈量和动态观测，由 于激光技术在该领域的应用存在装置复杂、对工作环境要求苛刻、价格高昂等条件限制，使 得该技术的推广有着很大的局限性。基于机器视觉的测量技术是当前的一种新兴技术，但 是由于其技术尚不完善，加之在料场管理系统中的应用尚无先例，因此没有现成的成熟技 术可以借鉴。经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利号为200510026197. 7的专利，专利 名称为料场测量的计算机自动测量的视觉系统，该专利公开了一种料场测量的计算机自 动测量的视觉系统，利用设置在与料堆两端面具有相应高度处的CCD摄像头，作为高位视 觉采集点，采集料堆全景图像，设置在与堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵 向轨道行走的CCD摄像头，在堆取料机上设置移动视觉采集点，所有的CCD摄像头图像信号 通过各自的视频电缆传输至图像采集卡，图像采集卡通过PCI总线与图像处理前端连接， 将各个CCD摄像头的图像信号在图像处理前端中进行图像的数字化信息表达，图像处理前 端输出的图像数字化表达通过IEEE1394协议接口连接至上位计算机实现图像信息的交 互，实现并输出被测料堆的三维几何尺度。可以肯定，该发明技术在实现料场的计算机自动 测量过程是有效的，该技术需要依靠“设置在与料堆两端面具有相应高度处的CCD摄像头， 作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像，设置在与堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆 取料机的纵向轨道行走的CCD摄像头，在堆取料机上设置移动视觉采集点”进行对料场图 像信息的采集，尽管图像信息的采集是全面的，但是，由于在实际现场往往会受到客观环境 条件的限制，很难“设置在与料堆两端面具有相应高度处的CCD摄像头，作为高位视觉采集 点”，使得技术难以实施，这就需要有一种环境适应性更强的新技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型料场料堆视觉测量系统，该系统的视 觉子系统安装在料场现有的堆取料机行走机构上，在堆取料机作业过程中自动采集料堆图像，通过计算机后续处理，实现对料场的非接触式自动丈量和动态管理，使得技术更具有环 境适应性。一种大型料场料堆视觉测量系统，包括第一双目视觉子系统、第二双目视觉子系 统和服务器三部分，第一、二双目视觉子系统的输出接口分别连接致服务器的输入接口，第 一、二双目视觉子系统采集到的左、右视图模拟信号被并行输至服务器，服务器中的图像信 息处理模块对数字图像信号进行处理、识别和理解，最终输出图像信息特征计算和测量结^ ο所述的第一双目视觉子系统和第二双目视觉子系统，两者的内部组成与连接方式
完全一致；所述双目视觉子系统，包括两个CXD摄像机、图像采集卡、前端信号处理器、两个 光电转换器和光纤；其中，两个CCD摄像机的输出接口分别连接图像采集卡的两个输入通 道，图像采集卡的输出接口与前端信号处理器的输入插槽连接；前端信号处理器通过顺次 连接的光电转换器一光纤一光电转换器连接到服务器的输入接口。所述的前端信号处理器包括图像信号输入接口、图像预处理模块和处理器输出接 口 ；图像信号输入接口即输入信号插槽，其输出端连至图像预处理模块输入端口，图像预处 理模块输出端口与处理器输出接口的输入端口连接，处理器输出接口的输出端口即前端信 号处理器的输出接口 ；所述图像预处理模块，承担对接收到的图像信号进行去除噪声和强 化处理。所述的第一双目视觉子系统中的第一左、右C⑶摄像机和第二双目视觉子系统中 的第二左、右CXD摄像机安装时，左、右两个摄像机的光心处于同一水平面并且两个光轴与 两光心连线形成一个等腰三角形。所述的服务器包括两个输入接口、图像信息处理模块、工业以太网网络接口和显 示器接口 ；第一、第二输入接口分别接收来自第一、第二双目视觉子系统输出的数字图像信 号，其输出端口与图像信息处理模块的输入端口连接，图像信息处理模块的输出端口通过 数据总线与工业以太网网络接口及显示器接口等外围设备接口连接便于与其它网络服务 器进行数据交互；服务器的第一、第二输入接口分别从第一、第二双目视觉子系统中的第 二个光电转换器获得数字图像信号后各自送至图像信息处理模块，于是，信号先后经过摄 像机几何模型与参数标定、图像畸变校正、特征点寻找与匹配、三维坐标计算子模块进行运 算，运算获得的数字图像中包括物点空间三维坐标信息能够通过工业以太网网络及显示器 接口与外围设备进行输出和显示。所述服务器中的图像信息处理模块包括摄像机几何模型与参数标定子模块、图像 畸变校正子模块、特征点寻找与匹配子模块和三维坐标计算子模块；摄像机几何模型与参 数标定子模块的输入端即图像信息处理模块的输入端，亦即服务器的输入接口，摄像机几 何模型与参数标定子模块的输出端与图像畸变校正子模块的输入端连接，图像畸变校正子 模块的输出端与特征点寻找与匹配子模块的输入端连接，特征点寻找与匹配子模块的输出 端与三维坐标计算子模块的输入端连接，三维坐标计算子模块的输出端即图像信息处理模 块的输出端，亦即服务器的输出接口。所述图像信息处理模块中的摄像机几何模型与参数标定子模块是建立摄像机几 何模型对摄像机进行标定的前提，对摄像机参数进行标定，首先要建立立体视觉成像的坐标数据关系；该子模块就是通过建立世界坐标系、摄像机坐标系、归一化虚成像平面坐标系 与计算机图像坐标系之间的转换关系来实现摄像机内、外参数的标定。所述图像信息处理模块中的图像畸变校正子模块通过畸变方程的求逆运算将受 径向和切向畸变影响后的点坐标校正为无畸变的坐标，该计算过程又称为“去畸变”，消除 畸变后的图像能够最大限度地表达出实际景物真实状态。所述图像信息处理模块中的特征点寻找与匹配子模块直接采用基于图像灰度的 角点检测算法，即通过计算曲率及梯度来达到检测角点的目的；随后，在左、右视图中进行 公共点的匹配，根据外极几何约束原理，依据点与外极线的对应关系和最小误差准则，最终 获得左、右视图的公共点对；所谓外极几何，即针对双目视觉系统从两个角度观测同一个 点，寻求两个成像点之间的外极线约束的相关几何学问题。所述图像信息处理模块中的三维坐标计算子模块根据获得的左、右视图公共点 对通过摄像机几何模型，即坐标数据转换关系，求出公共点对所对应的物点世界坐标系的 两个计算值，再取该两个计算值的平均值，最终获得左、右视图公共点所对应的空间三维坐 标。本发明中采用两组模拟人眼的双目视觉子系统采集图像，图像信息全面，能够自 动消除光学镜头引起的图像非线性畸变，自动实现左、右视图的公共点匹配并且可以自动 实现物点三维坐标的确定，测量相对误差小于0. 1% ；最大限度地节约人力，实现自动化非 接触式的料堆测量，原先需要几天的人工工作量，采用本发明后仅需几分钟的时间就能全 部完成，并能为数字化管理提供数字图像及其数字特征信息，在提高了工作效率的同时实 现了原料堆取和规划管理的智能化。
图1为本发明实施例采用的系统结构图；图2为本发明系统中的第一双目视觉子系统结构图；图3为本发明系统中的第二双目视觉子系统结构图；图4为本发明系统中的服务器模块结构图；图5为服务器模块中的子模块结构6为双目视觉系统中左、右CXD摄像头水平安装图；图7为左、右CXD摄像头在堆、取料机上的工作状态图(俯视图)；图8为左、右CXD摄像头在取料机上安装与工作状态的侧向视图。图中1第一双目视觉子系统、11第一左C⑶摄像机、12第一右C⑶摄像机、13第 一图像采集卡、14第一前端信号处理器、15第一光电转换器、16第一光纤、17第二光电转换 器、2第二双目视觉子系统、21第二左CXD摄像机、22第二右CXD摄像机、23第二图像采集 卡、24第二前端信号处理器、25第三光电转换器、26第二光纤、27第四光电转换器、3服务 器、31第一输入接口、32第二输入接口、33图像信息处理模块、34工业以太网网络接口、35 显示器接口、36参数标定子模块、37图像畸变校正子模块、38特征点寻找与匹配子模块、39 三维坐标计算子模块。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。如图1所示，本大型料场料堆视觉测量系统包括第一双目视觉子系统1、第二双 目视觉子系统2、和服务器3。第一双目视觉子系统1的输出接口连接致服务器3的第一输 入接口 31，第二双目视觉子系统2的输出接口连接致服务器3的第二输入接口 32。如图2所示，本实施例中的第一双目视觉子系统包括第一左CCD摄像机11、第一 右CCD摄像机12、第一图像采集卡13、第一前端信号处理器14、第一光电转换器15、第一光 纤16、第二光电转换器17 ；第一左CCD摄像机11的输出接口与第一图像采集卡13的第一个 输入通道连接，第一右CCD摄像机12的输出接口与第一图像采集卡13的第二个输入通道连 接；第一图像采集卡13的输出接口与第一前端信号处理器14的输入插槽连接；第一前端信 号处理器14的输出接口与第一光电转换器15的电信号接口连接，第一光电转换器15的光信 号接口与第一光纤16的输入端口连接，第一光纤16的输出端口与第二光电转换器17的光信 号接口连接，第二光电转换器17的电信号接口即第一双目视觉子系统1的输出接口与服务 器3的第一输入接口 31连接。其中，第一左、右CCD摄像机11、12在采样时刻将所采集到的 左、右视图并行输入至第一图像采集卡13 ；第一图像采集卡13将原始图像转换成数字图像信 号并输至第一前端信号处理器14 ；第一前端信号处理器14对数字图像进行去除噪声和强化 等预处理；经过预处理后的数字图像信号经第一光电转换器15将电信号转换成光信号，光信 号通过第一光纤16传输到第二光电转换器17 ；第二光电转换器17再将图像光信号转换成电 信号，最后，电信号通过服务器3的第一个输入接口 31输入至服务器3的图像信息处理模块 33。图中的双向箭头表示从服务器3尚可输出控制指令利用同一物理媒体沿着信号传输的 相反方向送达至第一图像采集卡13用以控制图像采集的时刻。如图3所示，本实施例中的第二双目视觉子系统包括第二左CXD摄像机21、第二 右CXD摄像机22、第二图像采集卡23、第二前端信号处理器24、第三光电转换器25、第二光 纤26、第四光电转换器27 ；第二左CXD摄像机21的输出接口与第二图像采集卡23的第一 个输入通道连接，第二右CXD摄像机22的输出接口与第二图像采集卡23的第二个输入通 道连接；第二图像采集卡23的输出接口与第二前端信号处理器24的输入插槽连接；第二 前端信号处理器24的输出接口与第三光电转换器25的电信号接口连接，第三光电转换器 25的光信号接口与第二光纤26的输入端口连接，第二光纤26的输出端口与第四光电转换 器27的光信号接口连接，第四光电转换器27的电信号接口即第二双目视觉子系统2的输 出接口与服务器3的第二输入接口 32连接。其中，第二左、右CXD摄像机21、22在采样时 刻将所采集到的左、右视图并行输入至第二图像采集卡23 ；第二图像采集卡23将原始图像 转换成数字图像信号并输至第二前端信号处理器24 ；第二前端信号处理器24对数字图像 进行去除噪声和强化等预处理；经过预处理后的数字图像信号经第三光电转换器25将电 信号转换成光信号，光信号通过第二光纤26传输到第四光电转换器27 ；第四光电转换器27 再将图像光信号转换成电信号，最后，电信号通过服务器3的第二个输入接口 32输入至服 务器3的图像信息处理模块33。图中的双向箭头表示从服务器3尚可输出控制指令利用同一物理媒体沿着信号传输的相反方向送达至第二图像采集卡23用以控制图像采集的时 刻。(XD，即图像传感器的核心传感器件，是一种对光敏感的电荷耦合半导体器件，业 内已经统一采用英文Charge Couple Device的缩写CXD表示。每个双目视觉子系统中的 两个CCD摄像机分别对应人的左、右眼；每一个双目视觉子系统在每一个采样时刻能够通 过其中的两个CCD摄像机同时采集两幅图像，并将该两幅图像经过预处理后由双目视觉子 系统的输出接口输出至服务器的输入接口。因此，服务器在每一个采样时刻能够同时接收 到四幅图像，包括来自第一、第二双目视觉子系统的各两幅图像，每两幅图像又分左、右两 幅图像，在整个采样期间，所有采集到的图像分别形成第一、第二双目视觉子系统的两组左 右视图对序列。左、右CCD摄像机在采样时刻将所采集到的左、右视图并行输入至图像采集 卡；图像采集卡将原始图像转换成数字图像信号并输至前端信号处理器；前端信号处理器 对数字图像进行去除噪声和强化等预处理；经过预处理后的数字图像信号经第一光电转换 器将电信号转换成光信号，光信号通过光纤传输到第二光电转换器；第二光电转换器再将 图像光信号转换成电信号，最后，电信号通过服务器的输入接口输入至服务器的图像信息 处理模块。如图4所示，本实施例中的服务器3，包括第一输入接口 31、第二输入接口 32、图 像信息处理模块33、工业以太网网络接口 34、显示器接口 35。第一输入接口 31接收来自第 一视觉子系统中的第二光电转换器17的电信号接口输出信号，第二输入接口 32接收来自 第二视觉子系统中的第四光电转换器27的电信号接口输出信号，第一、第二输入接口 31、 32的输出端与图像信息处理模块33的输入端连接，图像信息处理模块33的输出端与工业 以太网网络接口 34及显示器接口 35连接。服务器将分别从第一、第二双目视觉子系统1、 2中的第二、四光电转换器17、27获得的数字图像信号并行送至服务器3中的图像信息处理 模块33，数字图像信号经过图像信息处理模块33的运算，获得物点空间三维坐标等信息通 过工业以太网网络接口 34及显示器接口 35输出和显示。如图5所示，本实施例服务器3中的图像信息处理模块33，包括摄像机几何模型 与参数标定子模块36、图像畸变校正子模块37、特征点寻找与匹配子模块38、三维坐标计 算子模块39。服务器3的第一、第二输入接口 31、32的输出端与摄像机几何模型与参数标 定子模块36的输入端连接，摄像机几何模型与参数标定子模块36的输出端与图像畸变校 正子模块37的输入端连接，图像畸变校正子模块37的输出端与特征点寻找与匹配子模块 38的输入端连接，特征点寻找与匹配子模块38的输出端与三维坐标计算子模块39的输入 端连接，三维坐标计算子模块39的输出端与工业以太网网络接口 34及显示器接口 35连 接。服务器3将分别从第一、第二双目视觉子系统1、2中的第二、四光电转换器17、27获得 的数字图像信号并行送至服务器3图像信息处理模块33中的摄像机几何模型与参数标定 子模块36、图像畸变校正子模块37、特征点寻找与匹配子模块38和三维坐标计算子模块39 依次进行运算，运算获得物点空间三维坐标等信息通过工业以太网网络接口 34及显示器 接口 35进行输出和显示。所述图像信息处理模块中的摄像机几何模型与参数标定子模块是建立摄像机几 何模型对摄像机进行标定的前提，对摄像机参数进行标定，首先要建立立体视觉成像的坐 标数据关系；该子模块就是通过建立世界坐标系、摄像机坐标系、归一化虚成像平面坐标系与计算机图像坐标系之间的转换关系来实现摄像机内、外参数的标定。所述图像信息处理模块中的图像畸变校正子模块通过畸变方程的求逆运算将受 径向和切向畸变影响后的点坐标校正为无畸变的坐标，该计算过程又称为“去畸变”，消除 畸变后的图像能够最大限度地表达出实际景物真实状态。所述图像信息处理模块中的特征点寻找与匹配子模块直接采用基于图像灰度的 角点检测算法，即通过计算曲率及梯度来达到检测角点的目的；随后，在左、右视图中进行 公共点的匹配，根据外极几何约束原理，依据点与外极线的对应关系和最小误差准则，最终 获得左、右视图的公共点对；所谓外极几何，即针对双目视觉系统从两个角度观测同一个 点，寻求两个成像点之间的外极线约束的相关几何学问题。所述图像信息处理模块中的三维坐标计算子模块根据获得的左、右视图公共点 对通过摄像机几何模型，即坐标数据转换关系，求出公共点对所对应的物点世界坐标系的 两个计算值，再取该两个计算值的平均值，最终获得左、右视图公共点所对应的空间三维坐 标。如图6所示，第一双目视觉子系统中的第一左、右CXD摄像头11、12或者第二双目 视觉子系统中的第二左、右CXD摄像头21、22的安装应该遵循两个摄像机的光心处于同一 水平面原则和两个光轴与两光心连线形成一个等腰三角形原则。如图7所示，为第一双目视觉子系统中的第一左、右CXD摄像头11、12和第二双目 视觉子系统中的第二左、右CXD摄像头21、22在堆、取料机上的工作状态图。第一双目视觉子系统中的第一左、右CXD摄像头11、12安装在堆料机上，两者之间 的几何关系确定方法如下①第一左CXD摄像头11与第一右CXD摄像头12之间的水平间距，即两者的摄像 机坐标系原点之间距离根据堆料机平台最大可延伸宽度大约在20m左右，因此可以确定 两个镜头水平间距为20m。②镜头垂直方向角根据料堆为16m高、像头的垂直位置离料脚的纵向距离约为 4m、料堆的安息角为26°、堆料机的固定平台最高可利用高度约为6m，镜头只能安装于6m 高度的平台上，垂直视场的上边缘线与料场斜坡面平行，垂直视场的下边缘线与料场底线 的交点距离镜头垂直点大约在2. 926m左右，因此可以预算出镜头的下俯视角为19°。所述安息角为料堆的侧边与底面的夹角，即tgA = H/L，式中A为安息角，H为料 堆的高度，L为料堆底面长度的一半。③镜头水平方向角度按照立体视觉的一般规律，双目视觉器中的两个摄像头和 所测量的物点应该组成一个等腰三角形的原则，根据上述水平间距和镜头垂直方向角，堆 料机上镜头水平方向角度为32°。第二双目视觉子系统中的第二左、右CXD摄像头21、22安装在取料机上，两者之间 的几何关系确定方法如下①第二左CXD摄像头21与第二右CXD摄像头22之间的水平间距，即两者的摄像 机坐标系原点之间距离根据取料机平台最大可延伸宽度大约在IOm左右，受其所限，只能 确定两个镜头水平间距为10m。②镜头垂直方向角与堆料机上的一样。③镜头水平方向角度按照立体视觉的一般规律，双目视觉器中的两个摄像头和
9所测量的物点应该组成一个等腰三角形的原则，根据上述水平间距和镜头垂直方向角，取 料机上镜头水平方向角度为17.35°。如图8所示，为第二双目视觉子系统中的第二左、右CXD摄像头21、22在取料机上 的工作状态侧向视图。本发明在实施过程中，第一双目视觉子系统1采集到的左、右视图模拟信号被并 行输至本系统中的第一图像采集卡13，第一图像采集卡13将图像模拟信号转换成数字图 像信号并输至本系统中的第一前端信号处理器14，第一前端信号处理器14对数字图像进 行去除噪声和强化等预处理，经过预处理后的数字图像信号经本系统中的第一光电转换器 15将电信号转换成光信号，光信号通过第一光纤16传输到本系统中的第二光电转换器17， 第二光电转换器17再将图像光信号转换成电信号，最后，电信号通过服务器3的第一输入 接口 31输入至服务器3的图像信息处理模块；第二双目视觉子系统2采集到的左、右视图 模拟信号被并行输至本系统中的第二图像采集卡23，第二图像采集卡23将图像模拟信号 转换成数字图像信号并输至本系统中的第二前端信号处理器24，第二前端信号处理器24 对数字图像进行去除噪声和强化等预处理，经过预处理后的数字图像信号经本系统中的第 三光电转换器25将电信号转换成光信号，光信号通过第二光纤26传输到本系统中的第四 光电转换器27，第四光电转换器27再将图像光信号转换成电信号，最后，电信号通过服务 器3的第二输入接口 32输入至服务器3的图像信息处理模块；服务器将数字图像信号进行 处理和运算后输出最终对图像信息的识别、理解和测量结果。数字图像信号在服务器中的流通过程是服务器的第一、第二输入接口分别从第 一、第二双目视觉子系统中的电转换器获得数字图像信号后各自送至图像信息处理模块， 于是，信号先后经过摄像机几何模型与参数标定子模块、图像畸变校正子模块、特征点寻找 与匹配子模块、三维坐标计算子模块进行运算，运算获得的数字图像中包括物点空间三维 坐标等信息能够通过工业以太网网络及显示器接口与外围设备进行输出和显示。
权利要求
一种大型料场料堆视觉测量系统，其特征是包括第一双目视觉子系统、第二双目视觉子系统和服务器三部分，第一、二双目视觉子系统的输出接口分别连接致服务器的输入接口，第一、二双目视觉子系统采集到的左、右视图模拟信号被并行输至服务器，服务器中的图像信息处理模块对数字图像信号进行处理、识别和理解，最终输出图像信息特征计算和测量结果。
2.根据权利要求1所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述的第一双目视 觉子系统和第二双目视觉子系统，两者的内部组成与连接方式完全一致；所述双目视觉子系统，包括两个CCD摄像机、图像采集卡、前端信号处理器、两个光电 转换器和光纤；其中，两个CXD摄像机的输出接口分别连接图像采集卡的两个输入通道，图 像采集卡的输出接口与前端信号处理器的输入插槽连接；前端信号处理器通过顺次连接的 光电转换器一光纤一光电转换器连接到服务器的输入接口。
3.根据权利要求1或2所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述的前端信 号处理器包括图像信号输入接口、图像预处理模块和处理器输出接口 ；图像信号输入接口 即输入信号插槽，其输出端连至图像预处理模块输入端口，图像预处理模块输出端口与处 理器输出接口的输入端口连接，处理器输出接口的输出端口即前端信号处理器的输出接 口 ；所述图像预处理模块，承担对接收到的图像信号进行去除噪声和强化处理。
4.根据权利要求1或2所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述的第一双 目视觉子系统中的第一左、右CXD摄像机和第二双目视觉子系统中的第二左、右CXD摄像机 安装时，左、右两个摄像机的光心处于同一水平面并且两个光轴与两光心连线形成一个等 腰三角形。
5.根据权利要求1所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述的服务器包括 两个输入接口、图像信息处理模块、工业以太网网络接口和显示器接口 ；第一、第二输入接 口分别接收来自第一、第二双目视觉子系统输出的数字图像信号，其输出端口与图像信息 处理模块的输入端口连接，图像信息处理模块的输出端口通过数据总线与工业以太网网络 接口及显示器接口等外围设备接口连接便于与其它网络服务器进行数据交互；服务器的第 一、第二输入接口分别从第一、第二双目视觉子系统中的第二个光电转换器获得数字图像 信号后各自送至图像信息处理模块，于是，信号先后经过摄像机几何模型与参数标定、图像 畸变校正、特征点寻找与匹配、三维坐标计算子模块进行运算，运算获得的数字图像中包括 物点空间三维坐标信息能够通过工业以太网网络及显示器接口与外围设备进行输出和显7J\ ο
6.根据权利要求1或5所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述服务器中 的图像信息处理模块包括摄像机几何模型与参数标定子模块、图像畸变校正子模块、特征 点寻找与匹配子模块和三维坐标计算子模块；摄像机几何模型与参数标定子模块的输入端 即图像信息处理模块的输入端，亦即服务器的输入接口，摄像机几何模型与参数标定子模 块的输出端与图像畸变校正子模块的输入端连接，图像畸变校正子模块的输出端与特征点 寻找与匹配子模块的输入端连接，特征点寻找与匹配子模块的输出端与三维坐标计算子模 块的输入端连接，三维坐标计算子模块的输出端即图像信息处理模块的输出端，亦即服务 器的输出接口。
7.根据权利要求6所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述图像信息处理模块中的摄像机几何模型与参数标定子模块是建立摄像机几何模型对摄像机进行标定的 前提，对摄像机参数进行标定，首先要建立立体视觉成像的坐标数据关系；该子模块就是通 过建立世界坐标系、摄像机坐标系、归一化虚成像平面坐标系与计算机图像坐标系之间的 转换关系来实现摄像机内、外参数的标定。
8.根据权利要求6所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述图像信息处理 模块中的图像畸变校正子模块通过畸变方程的求逆运算将受径向和切向畸变影响后的点 坐标校正为无畸变的坐标，该计算过程又称为“去畸变”，消除畸变后的图像能够最大限度 地表达出实际景物真实状态。
9.根据权利要求6所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述图像信息处理 模块中的特征点寻找与匹配子模块直接采用基于图像灰度的角点检测算法，即通过计算曲 率及梯度来达到检测角点的目的；随后，在左、右视图中进行公共点的匹配，根据外极几何 约束原理，依据点与外极线的对应关系和最小误差准则，最终获得左、右视图的公共点对； 所谓外极几何，即针对双目视觉系统从两个角度观测同一个点，寻求两个成像点之间的外 极线约束的相关几何学问题。
10.根据权利要求6所述的大型料场料堆视觉测量系统，其特征是所述图像信息处理 模块中的三维坐标计算子模块根据获得的左、右视图公共点对通过摄像机几何模型，即坐 标数据转换关系，求出公共点对所对应的物点世界坐标系的两个计算值，再取该两个计算 值的平均值，最终获得左、右视图公共点所对应的空间三维坐标。
全文摘要
本发明涉及的是一种非接触体积测量领域，尤其涉及一种料堆体积视觉测量系统。一种大型料场料堆视觉测量系统，包括第一双目视觉子系统、第二双目视觉子系统和服务器三部分，第一、二双目视觉子系统的输出接口分别连接致服务器的输入接口，第一、二双目视觉子系统采集到的左、右视图模拟信号被并行输至服务器，服务器中的图像信息处理模块对数字图像信号进行处理、识别和理解，最终输出图像信息特征计算和测量结果。本发明测量相对误差小于0.1％，最大限度地节约人力，实现自动化非接触式的料堆测量，原先需要几天的人工工作量，采用本发明后仅需几分钟的时间就能全部完成，在提高了工作效率的同时实现了原料堆取和规划管理的智能化。
文档编号G01F22/00GK101936760SQ200910054129
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者华逸伦, 姚俊, 姜伟忠, 应俊豪, 张文钢, 张秀彬, 李俊峰, 陈小雨, 韩明明, 高翔 申请人:宝山钢铁股份有限公司;上海交通大学