专利名称：料场测量的计算机视觉系统自动测量的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法，具体是一种料场测量的计算机视觉系统自动测量的方法。
背景技术：
“料场自动化”是指原料的储入、取出、实时库存计算、场地规划、进料计划等全过程实现自动化技术。无论炼铁企业，还是热力发电厂，原料或固体燃料始终是企业的“粮草”。随着经济全球化的步伐加快，节能与效益已经成为评价企业优化管理的基本性能指标，仅仅理解为操作机械设备自动化是不够的。当前在料场管理的诸多过程，如物料堆积的堆料机、取料的取料机、料场管理、料场实时库存等，很大程度上还是依靠人工操作。原料场就是一个物料仓库，如果物料仓库不能做到物料的储入、取出、实时库存计算、场地规划、进料计划等自动化，而仅仅是部分搬运机械自动化，其工作效率远远是不够的。从技术运营层面上讲，大型企业原料场动态管理实际上是一个进料、取料和库存的最优控制过程。对于大型钢铁企业的原料场更是占地面积广，设备多而分散，这给生产作业和生产管理都带来了较大的难度。因此，很大程度上增加了生产和管理的成本。以致管理信息滞后，也给企业造成被动。为此，欧洲、日本、韩国一些钢厂，以及中国台湾的中国钢铁等一些较大的钢铁企业都在研究料场自动化这一课题。
经对现有技术文献的检索发现，申请专利号00125483.9潘俊民与陈莹的“大型物料堆体积的图象测量方法”提出一种大型物料堆体积的图像测量方法，该方法采用CCD摄像机、图像采集卡和PC微机构成计算机视觉处理系统，摄像机在各个方向上拍摄物料堆，图像采集卡对所摄的图像进行数据采集，并在计算机中对多视点采集的图像信息进行处理，以横截面面积叠加求取三维物体体积的方法求得物料堆的体积。对大型物料堆的体积测量误差小于5％。由于该发明采用CCD要从0°、45°、90°、135°等4个以上的不同方向对物料堆进行拍摄取像，同时要求物料堆与摄像机的距离固定，并在物料堆旁设置标尺，其应用条件非常繁琐与苛刻，而且测量误差也比较偏大，存在较大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种料场测量的计算机视觉系统自动测量的方法，使其通过图像采集、处理和识别算法实现对原料场料堆图像信息的数字化提取，进而实现对原料堆三维空间尺度的准确测量，为料堆的堆取及其进料与库存的全程管理与操作自动化水平提供信息基础。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤(1)对选定的原料料堆设计CCD摄像头布局，满足作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像；连续采集料堆侧面展开图像，采集料堆长度及侧面图像；以及满足采集面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走的移动视觉点。
(2)CCD摄像头所采集到的图像信号经由视频电缆与图像采集卡输至图像处理前端；(3)图像处理前端中图像处理软件对图像信号实时进行背景淡化与边缘提取处理，完成图像的数字化信息表达；(4)图像处理前端数字化表达的信息通过IEEE1394协议接口与上位计算机连接，实现图像处理前端与上位计算机的信息交互；(5)上位计算机对图像的数字化表达信息进行再加工，求取公共角点重构对象的三维图像，与此同时运算输出料堆的空间几何尺度测量结果。
所述的步骤(1)中对选定的原料料堆设计CCD摄像头布局，是指将CCD摄像头分为静态和动态两种布局，静态CCD放置于料堆两端面相应高度处，动态CCD放置于堆取料机的行走底盘上。
所述的步骤(2)中CCD摄像头所采集到的图像信号经由视频电缆与图像采集卡输至图像处理前端，是指由CCD摄像头采集到的料堆图像通过对应的视频电缆，将图像信号传输至图像采集卡，再通过PCI总线将信号输至图像处理前端。
本发明利用静态CCD摄像头采集的两帧来自不同方向的全景图像作为双像合成的基础，利用动态CCD摄像头作为移动视觉对图像细节进行补充，并对测量精度进行数量级的提升，因此可以使整个空间尺度测量精度达到厘米级。
具体实施例方式
以下结合本发明方法的内容提供以下实施例
(1)任意选定一种原料料堆；(2)在料堆的两个端面距离20m处树立30m高的照明铁塔并安装静态CCD摄像头用以采集料堆全景图像，该摄像头具有远程电子可控变焦、高分辨率、低照度采像功能；(3)利用现成堆取料机底盘安装动态CCD摄像头，采用两面各一对水平正交安装形式，用以采集料堆侧面连续展开图像；(4)所有的CCD摄像头采集的图像信号通过各自的视频电缆传输至图像采集卡；(5)图像采集卡将图像信号经PCI总线输至图像处理前端，并实现图像信号的数字化信息表达；(6)图像处理前端将数字化表达信息通过IEEE1394协议接口交由上位计算机中的识别运算软件；(7)识别运算软件承担双像合成计算以求取公共角点构筑三维图像，最终实现输出三维虚拟图和相关的空间几何尺度。识别运算软件采用当前原理清晰、技术最为成熟的双像合成法进行编制。
本发明基于CCD摄像头分静、动两种布局方式，静态CCD作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像，动态CCD作为移动视觉采集点连续采集料堆侧面展开图像，以及三维重构采用原理清晰、技术最为成熟的双像合成法进行编制，这些实现技术，信息提取简捷，具有明显的性能优越性。
本发明的图像处理周期在60ms以下，识别总周期在2s以下，测量准确度＜1％。这些技术指标均系技术背景所无法达到的。
以下结合本发明以具体料场的料堆为对象，进一步描述其实施效果实验料堆热力发电厂燃媒堆场的煤炭料堆条件静态CCD摄像头为远程电子可控变焦、高分辨率、低照度CCD动态CCD摄像头为电子自动调焦、中低分辨率、低照度CCD(1)煤炭料堆在堆取料机操作过程出现的体积变化被CCD摄像头实时采集；(2)采集到的图像经视频电缆传输至图像采集卡，再通过PCI总线与图像处理前端连接；(3)图像处理前端将处理获得的图像信息数字化表达经IEEE1394协议接口送达上位计算机实现图像信息的交互；(4)上位计算机中的识别运算软件对源自各个CCD摄像头的图像数字化信息求取公共角点构筑三维图像，最终实现并输出被测料堆的三维几何尺度料堆间隔堆放，共有2个料堆东西方向排列东面料堆呈棱台形状底长400m，底宽50m，高8.5m，安息角37°。
西面料堆亦呈棱台形状底长200m，底宽50m，高13.6m，安息角36.5°。
测量精度几何识别误差＜1％。
权利要求
1.一种料场测量的计算机视觉系统自动测量的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)对选定的原料料堆设计CCD摄像头布局，满足作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像；连续采集料堆侧面展开图像，采集料堆长度及侧面图像；以及满足采集面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走的移动视觉点；(2)CCD摄像头所采集到的图像信号经由视频电缆与图像采集卡输至图像处理前端；(3)图像处理前端中图像处理软件对图像信号实时进行背景淡化与边缘提取处理，完成图像的数字化信息表达；(4)图像处理前端数字化表达的信息通过IEEE1394协议接口与上位计算机连接，实现图像处理前端与上位计算机的信息交互；(5)上位计算机对图像的数字化表达信息进行再加工，求取公共角点重构对象的三维图像，与此同时运算输出料堆的空间几何尺度测量结果。
2.根据权利要求1所述的料场测量的计算机视觉系统自动测量的方法，其特征是，所述的步骤(1)中对选定的原料料堆设计CCD摄像头布局，是指将CCD摄像头分为静态和动态两种布局，静态CCD放置于料堆两端面相应高度处，动态CCD放置于堆取料机的行走底盘上。
3.根据权利要求1所述的料场测量的计算机视觉系统自动测量的方法，其特征是，所述的步骤(2)中CCD摄像头所采集到的图像信号经由视频电缆与图像采集卡输至图像处理前端，是指由CCD摄像头采集到的料堆图像通过对应的视频电缆，将图像信号传输至图像采集卡，再通过PCI总线将信号输至图像处理前端。
全文摘要
一种料场测量的计算机视觉方法，本发明对选定的原料料堆设计CCD摄像头布局，CCD摄像头所采集到的图像信号经由视频电缆与图像采集卡输至图像处理前端；图像处理前端中图像处理软件对图像信号实时进行背景淡化与边缘提取处理，完成图像的数字化信息表达；图像处理前端数字化表达的信息通过IEEE1394协议接口与上位计算机连接，实现图像处理前端与上位计算机的信息交互；上位计算机对图像的数字化表达信息进行再加工，求取公共角点重构对象的三维图像，与此同时运算输出料堆的空间几何尺度测量结果。本发明使整个空间尺度测量精度达到厘米级。
文档编号G01B11/02GK1693841SQ200510026200
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月26日 优先权日2005年5月26日
发明者计长安, 张秀彬, 肖杭, 应俊豪, 曾国辉 申请人:上海交通大学