一种立井井壁图像的采集方法及装置与流程

本发明涉及图像采集方法，尤其涉及一种立井井壁图像的采集方法及装置。

背景技术

大多数煤层地区地势环境较为恶劣，煤层岩体强度不足，再加上地层固结、地下水位升高等造成的不利影响，煤矿井壁常常会产生较大的内部应力，当应力大于井壁结构的极限强度时，就会出现井壁破坏、矿井坍塌事故，因此对井壁裂缝进行检测十分必要。

目前，国内对煤矿井壁的裂缝检测还普遍停留在人工筛选的方法上，检测人员搭载罐笼近距离通过肉眼检测，具有如下缺点：(1)工作效率低下，检测速度慢，耗时较长；(2)人工目测方法带有一定主观性，检测数据不够准确，可靠性低；(3)作业成本高，影响煤矿生产运营；(4)工作条件恶劣、风险高，高空作业增加了检测人员工作的危险性。传统的人工检测方法已经不能满足需求越来越大而且检测环境越来越危险的检测任务。由于井下环境特殊，不适合长期进行人工下井检测，因而可以采用图像处理的方式进行井壁裂缝及变形的自动检测。自动检测具有如下优势：(1)检测精度高，准确性好，检测图像可以满足任意精度的要求；(2)检测速度快，效率远高于人工检测速度；(3)再现性好，可以长时间稳定工作；(4)非接触检测，包含信息量大，作业成本低，无安全隐患。

井壁图像的准确获取是实现井壁缺陷自动检测的关键步骤，若不能准确获取研究目标，后续的工作都是空谈，深井的环境复杂难以获得第一手的现场资料，鲜有此方面的研究。准确获取井壁图像，保证对井壁裂缝的检测，对预防井壁破坏、矿井坍塌事故有一定的意义。鉴于此，发明一种立井井壁图像的采集方法及装置。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立井井壁图像的采集方法及装置。

本发明涉及一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：采用一组摄像头完成整个井壁的全覆盖采样，提升机每提升或者下降一次，获取一幅完整的竖井井壁，提升机无需在特定位置停机，不影响正常的生产运行。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的一组摄像头由四个摄像头组成，每个摄像头拍摄角度90°，负责一个象限的拍摄，四个摄像头实现环井壁360°拍摄。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的一组摄像头在提升机每提升或者下降一次的过程中采集图像的次数n为

其中h为立井井筒的深度，r为立井井筒的半径。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的一组摄像头在提升机每提升或者下降一次的过程中采集图像的频率f为

采样频率f取决于提升机的运行速度v，提升机的运行加速度a和提升机每提升或者下降一次采集图像的次数n。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的提升机每提升或者下降一次采集图像n次，摄像头组的4个摄像头每次共采集4幅图像，在每幅图中央分割出边长为的正方形图像，四幅图拼接成一幅宽长的长方形图像。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的提升机每提升或者下降一次采集图像n次，所述的每次采样拼接的宽长的长方形图像，最终拼接为宽长h的长方形井筒全景图像。

本发明涉及一种立井井壁图像的采集装置，其特征在于，包括：安全监控主机、摄像头组、tr341无线路由器、防火墙、监控中心和数据服务器。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集装置，其特征在于：所述的摄像头组实时采集井壁图像，通过无线传输连接到tr341无线路由器。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集装置，其特征在于：所述的tr341无线路由器连接安全监控主机，安全监控主机对防爆摄像头组采集到的图像进行拼接，所述的tr341无线路由器通过4g网络连接到防火墙。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集装置，其特征在于：所述的防火墙连接tr341无线路由器的同时连接监控中心和数据服务器。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集装置，其特征在于：所述的监控中心实时监测网络摄像头采样的图像数据。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集装置，其特征在于：所述的数据服务器实现对采样图像数据的存储。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

通过控制采样次数和采样频率，利用四个摄像头组成的一组摄像头完成整个井壁的全覆盖采样，提升机每提升或者下降一次，即获取一副完整的竖井井壁图像。井壁图像的准确获取是实现井壁缺陷自动检测的关键步骤，准确获取井壁图像，保证对井壁裂缝的检测，对预防井壁破坏、矿井坍塌事故有一定的意义。在本发明的技术支撑下实现的井壁缺陷的检测具有以下优点：

1检测精度高，准确性好，检测图像可以满足任意精度的要求。

2检测速度快，效率远高于人工检测速度。

3再现性好，可以长时间稳定工作。

4非接触检测，包含信息量大，作业成本低，无安全隐患。

附图说明

图1是立井井壁图像采集方法流程图；

图2是立井中图像采集点及井筒的模型结构图；

图2(a)是立井中图像采集点及井筒内部结构图；

图2(b)是立井中图像采集点及井筒剖面结构图；

图2(c)是立井中图像采集点及井筒俯视图；

图3是摄像头组在竖井罐笼中安装示意图；

图4是立井井壁图像采集的装置图；

图5是将采集的图像进行拼接的示意图；

其中，101、安全监控主机，102、摄像头组，103、tr341无线路由器，104、防火墙，105、监控中心，106、数据服务器。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种立井井壁图像的采集方法及装置，以解决现有技术存在的问题，保证煤矿深井井壁图像的获取。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的一种立井井壁图像的采集方法及装置的实现，是基于图像采集装置和图像采集方法，采集装置如图4所示，包括安全监控主机101、防爆红外网络摄像头组102、tr341无线路由器103、防火墙104、监控中心105和数据服务器106。

进一步的防爆摄像头组102，实时采集井壁图像，通过无线传输连接到tr341无线路由器103，tr341无线路由器103同时连接到安全监控主机101，安全监控主机101对防爆摄像头组102采集到的图像进行拼接。tr341无线路由器103通过4g网络连接到防火墙104，防火墙104同时连接监控中心105和数据服务器106。监控中心105可以实时监测网络摄像头采样的图像数据，数据服务器106实现对采样图像数据的存储。

防爆红外网络摄像头组在竖井中安装结构如图3所示，安装在竖井提升绳上的提升桶中，随着竖井提升桶上下移动，移动范围覆盖整个竖井全部空间。在竖井提升桶上下移动过程中，摄像头实时拍摄井壁图像，通过设置合适的采样频率，可以实现采样图像对竖井井壁的全覆盖而不重叠。图像采样过程中，提升机正常运行，无需停机，每次提升机提升一次，完成一次对整个竖井井壁的全覆盖采样，提升机每下降一次，完成一次对整个竖井井壁的全覆盖采样。

所述的防爆红外网络摄像头组如图4，由4个防爆红外网络摄像头21、22、23、24组成，每个摄像头拍摄角度为90°，按顺时针排布，防爆红外网络摄像头21拍摄i象限，防爆红外网络摄像头22拍摄ii象限，防爆红外网络摄像头23拍摄iii象限,防爆红外网络摄像头24拍摄iv象限，具体结构如图2(c)所示。每个摄像头拍摄角度90°，负责一个象限的拍摄，四个摄像头实现环井壁360°拍摄。

如图2所示，防爆红外网络摄像头组102在图2(a)所示的①、②、③、④等位置分别进行拍摄，每个位置每个摄像头拍摄一副图像，四个摄像头分别拍摄四个象限的图像，实现环井壁360°拍摄，所有①、②、③、④等位置拍摄图像的集合，形成对整个井壁的全覆盖。

所述的立井井壁图像的采集方法，流程如图1。

进一步的，假设煤矿竖井深度为h(>＝600m)，井筒直径r，半径r，摄像头组采样次数为n，采样频率为f。

摄像头的拍摄次数和拍摄频率的计算如下：

如图2(c)所示，单个摄像头在水平视界需要拍摄的距离为：

则可以取摄像头组在竖井井壁上垂直拍摄距离为：

进一步的，整个竖井需要拍摄n次才能完全覆盖整个井壁，摄像头组采样次数n为：

设提升机运行速度为v，加速度为a，β为经济运行速度:

立井升降人员时最大拉升速度为

立井升降物料时最大拉升速度为

最小拉升速度为：

t为一次拉升的循环时间，t1为拉升时间，t2为装载作业时间。

整个运行周期t可以分为三个阶段：tinc阶段，速度从0增长到v；tcons阶段，速度恒定运行；tdec阶段，速度从v降到0。

t＝tinc+tcons+tdec(8)

其中：

所以在加速和和减速阶段，运行的距离为：

则总运行时间

则摄像头组采样频率为：

采样频率f取决于提升机的运行速度v，提升机的运行加速度a和提升机每提升或者下降一次采集图像的次数n。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的提升机每提升或者下降一次采集图像n次，摄像头组的4个摄像头每次共采集4幅图像，在每幅图中央分割出边长为的正方形图像，四幅图拼接成一幅宽长的长方形图像。

进一步的，所述的一种立井井壁图像的采集方法，其特征在于：所述的提升机每提升或者下降一次采集图像n次，所述的每次采样拼接的宽长的长方形图像，最终拼接为宽长h的长方形井筒全景图像。

所述的安全监控主机对获取的4n幅井壁图像进行融合拼接，完整的井壁图像，如图5所示。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。