一种基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法

本发明属于矿用设备运行状态监测领域，涉及光束检测方法，具体是一种基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法。

背景技术：

1、在矿业行业中，激光指向仪广泛应用于地下矿山、矿井和隧道等环境中。激光指向仪通过发射激光束，提供准确的测距和定位信息，帮助矿工进行导航、测绘和定位等工作。然而，传统的激光指向仪对光束的监测和检测主要依赖于相机和光敏器件等传统光学设备，存在灵敏度不高、响应速度慢、测量精度有限等局限性。

2、随着事件相机技术的兴起，基于事件相机的激光指向仪光束检测方法成为一种新的潜在解决方案。事件相机是一种新型的光学传感器，能够以高时间精度和高动态范围的方式捕捉场景中光变化的事件，具有对光强变化快速响应的优势。因此，利用事件相机技术来监测和检测激光束的性能指标，如准直度和位置偏移等，具有重要的研究和应用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，解决现有技术中传统的激光指向仪对光束的监测和检测的灵敏度不高导致的响应速度慢以及测量精度不高的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，包括以下步骤：

4、步骤一，配置事件相机和激光指向仪；

5、步骤二，事件相机捕捉通过感兴趣区域的激光光点，以事件的形式记录，最终输出一段事件流；

6、步骤三，对步骤二输出的事件流中的每个事件进行预处理，提取预处理后的所有事件对应的激光光点的时序信息，并根据时序信息重建激光光束的轨迹；

7、所述的时序信息包括时间戳、像素坐标和事件间的时间间隔；

8、步骤四，使用光束检测算法对步骤三得到的激光光束的轨迹进行检测，得到激光光束的首尾位置、坐标和直径。

9、本发明还包括以下技术特征：

10、所述的步骤二具体包括以下步骤：

11、步骤2.1，在事件相机中设置一个感兴趣区域；

12、步骤2.2，激光光束照射到事件相机的感兴趣区域，将事件相机捕捉到光照强度变化达到光强变换阈值的激光光点作为事件ei；

13、ei＝(posi，ti，pi)

14、其中：

15、i为事件的序号；

16、posi为事件的像素坐标；

17、ti为发生该事件的时间戳；

18、pi为极性，其值为－1和+1，分别表示光强的减弱和增强。

19、所述的步骤三具体包括以下步骤：

20、步骤3.1，对步骤二输出的事件流中的每个事件进行预处理；

21、所述的预处理包括依次进行的阈值滤波、中值滤波和区域分割；

22、步骤3.2，提取事件中激光光点的时序信息；

23、所述的时序信息包括时间戳、像素坐标和事件间的时间间隔；

24、步骤3.3，根据时序信息中的时间戳和像素坐标，计算出激光光束在同一平面上的位置，通过插值或拟合的方法重建激光光束的轨迹。

25、所述的步骤四具体步骤为：

26、步骤4.1，提取步骤三重建的轨迹的起始点和终止点的坐标，即首尾位置；

27、步骤4.2，对步骤三重建的轨迹进行边缘检测处理，得到激光光束的直径；

28、步骤4.3，使用曲线拟合算法拟合步骤三得到的轨迹对应的拟合曲线，进而得到轨迹坐标，即激光光束的坐标。

29、步骤4.3中，使用曲线拟合算法拟合步骤三得到的轨迹对应的拟合曲线具体包括以下步骤：

30、步骤4.3.1，在步骤三得到的轨迹上随机选择三个像素点来确定曲线方程；

31、步骤4.3.2，计算轨迹上的所有像素点到曲线方程的垂直距离hkj，若hkj小于误差阈值ε，将该点视为内点，否则将其视为外点；

32、其中：

33、k是循环的次数，取值范围是1～m；

34、j是像素点的序号；

35、步骤4.3.3，循环步骤4.2.1～4.2.2m次，计算每一次循环的内点数量占所有像素点数量的比值θk；

36、步骤4.3.4，选取比值θk最大的一组数据，是则将其曲线方程作为拟合曲线。

37、本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

38、(ⅰ)本发明中事件相机能够以事件的形式捕捉光点的变化，具备高时间精度和高动态范围，能够适应快速变化的矿用环境，此外，事件相机通过记录光强度变化的事件，可以以纳秒级的时间分辨率捕捉到激光束的动态变化，相比传统相机的连续帧图像，事件相机可以提供更精确的时间信息，过滤掉无用的复杂背景，使得对激光束的指向变化能够更加准确地进行分析和控制，解决现有技术中传统的激光指向仪对光束的监测和检测的灵敏度不高导致测量精度不高的技术问题。

39、(ⅱ)事件相机可以实时地捕捉到灯光强度发生变化的事件，并立即记录下事件的时间和位置信息。这种低延迟的响应使得在矿用激光指向仪中能够实时地检测和跟踪激光束的位置和指向变化，从而实现快速的反应和调整，解决了现有技术中传统的激光指向仪对光束的监测和检测的响应速度慢的技术问题。

技术特征：

1.一种基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，其特征在于，所述的步骤二具体包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，其特征在于，所述的步骤三具体包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，其特征在于，所述的步骤四具体步骤为：

5.如权利要求4所述的基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，其特征在于，步骤4.3中，使用曲线拟合算法拟合步骤三得到的轨迹对应的拟合曲线具体包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于事件相机的矿用激光指向仪光束检测方法，包括：配置事件相机和激光指向仪；事件相机捕捉通过感兴趣区域的激光光点，以事件的形式记录，最终输出一段事件流；对步骤二输出的事件流中的每个事件进行预处理，提取预处理后的所有事件对应的激光光点的时序信息，并根据时序信息重建激光光束的轨迹；事件相机通过记录光强度变化的事件，可以以纳秒级的时间分辨率捕捉到激光束的动态变化，相比传统相机的连续帧图像，事件相机可以提供更精确的时间信息，过滤掉无用的复杂背景，使得对激光束的指向变化能够更加准确地进行分析和控制，解决了传统的激光指向仪对光束的监测和检测的灵敏度不高导致测量精度不高的技术问题。

技术研发人员：张旭辉,杨文娟,任志腾,迟云凯,陈鑫,王彦群
受保护的技术使用者：西安科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1