皮带煤量检测方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本公开涉及煤量计算技术领域，尤其涉及皮带煤量检测方法装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.随着煤矿智能化的发展，矿井的精确检测和分析逐渐成为衡量煤矿高效安全生产的重要手段。在煤矿井下粉尘、水雾等不利环境因素影响下，常规煤量检测设备例如:电子皮带秤、单激光单视觉测距仪器在检测过程中存在着识别精度不高、抗干扰能力差等问题。
3.皮带秤经常会出现跑偏、跳动等现象，很难达到自身准确度的要求。而单激光、单视觉的测距技术对检测环境的要求较高，对移动目标检测的准确性较差。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种皮带煤量检测方法、装置、设备和存储介质。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种皮带煤量检测方法，包括：
6.获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图；
7.对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像；
8.根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积。
9.根据本公开的第二方面，提供了一种皮带煤量检测装置，包括：
10.获取模块，用于获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图；
11.融合模块，用于对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像；
12.计算模块，用于根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积。
13.本公开第三方面实施例提出的电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面实施例提出的皮带煤量检测方法。
14.本公开第四方面实施例提出的非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面实施例提出的皮带煤量检测方法。
15.本公开第五方面实施例提出的计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行如本公开第一方面实施例提出的皮带煤量检测方法。
16.通过本公开可以实现以下有益效果：
17.本公开实施例中，首先获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组
所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图，然后对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像，之后根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积，从而将激光与视觉融合技术应用于煤矿井下，通过将相机和激光雷达同步检测的图像和激光点云数据进行融合，进而获取更加准确与稠密的深度信息，良好应对煤矿复杂非结构化环境并产生稳定的信息，煤量体积检测准确率较高，提升煤矿皮带煤量图像检测精度，煤量精确检测和皮带智能变频调速提供技术支撑，为智能矿山的发展提供保障。
18.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
19.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
20.图1是根据本公开实施例提供的一种皮带煤量检测方法的流程图；
21.图2是根据本公开实施例提供的一种皮带煤量检测方法的流程图；
22.图3是根据本公开实施例提供的一种皮带煤量检测装置的结构框图；
23.图4是用来实现本公开实施例的皮带煤量检测方法的电子设备的框图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
25.下面结合参考附图描述本公开实施例的皮带煤量检测方法、装置、电子设备和存储介质。
26.其中，需要说明的是，本实施例的皮带煤量检测方法可以由皮带煤量检测装置执行，皮带煤量检测装置包括但不限于独立的服务器、分布式服务器、服务器集群、云服务器、计算机，在此不做限定，下面以“服务器”作为执行主体，来对本公开提出的皮带煤量检测方法进行说明。
27.图1是本公开一实施例提出的皮带煤量检测方法的流程示意图。
28.如图1所示，本公开提供了一种皮带煤量检测方法，其中，所述方法包括：
29.步骤101，获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图。
30.其中，指定时间段可以为1分钟、40s，在此不进行限定。
31.其中，可以按照一定的频率进行采样，比如6s/帧，从而可以在1分钟获取10帧图像。
32.可选的，可以基于双目相机,按照预设的频率在指定时间段内获取多个时刻皮带上煤堆的第一图像，之后基于激光雷达测量装置，在每个所述时刻获取所述皮带上煤堆的第二图像，然后基于卷积神经网络，对同一时刻所对应的所述第一图像和所述第二图像分
别进行特征提取，以分别获取双目视差图和激光雷达视差图。
33.其中，双目相机参数roi：曝光300us，帧率1650fps。激光雷达采用32线激光雷达，450nm(蓝光)波长激光器，其垂直视场为40
°
(-25
°
至+15
°
)，皮带为匀速模式，速度为1.0m/s。
34.可以理解的是，左、右目镜头采集到的第一图像通过双目图像采集模块，采用一种基于特征点检测的相机自动曝光算法，形成高质量的摄像机成像图。
35.其中，第二图像可以为激光雷达成像图。
36.可选的，检测装置安装在所述皮带的上方，所述双目相机安装的方向与所述皮带的方向平行、所述激光雷达测量装置的方向与所述皮带的方向垂直。
37.步骤102，对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像。
38.本公开中，可以融合激光雷达数据和双目视觉数据，并利用图形的互补特性来获取差分视觉的三维环境信息。激光与视觉融合检测技术利用激光雷达和点云获取图像的三维环境信息，并根据激光测量原理获取点云，包括三维坐标、激光反射强度和颜色信息。在图像融合方面，提取激光雷达和摄像机的图像，通过卷积网络融合双目视差图和激光雷达视差图。
39.可选的，在cpu端与激光雷达(采用450nm(蓝光)波长激光器)同步采集的双目视差图和激光雷达视差图进行融合，融合结果通过网络传输模块输出立体点云数据、煤量体积数据，也即立体煤量体积图像。
40.步骤103，根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积。
41.可选的，该装置可以首先确定检测装置到所述皮带上煤堆的第一距离，以及所述检测装置到水平面的第二距离、以及所述检测装置与水平面之间的角度，之后根据各个所述立体煤量体积图像，确定与每个所述立体煤量体积图像对应的水平面煤炭面积，然后根据每个所述水平面煤炭面积、所述第一距离、所述第二距离和所述角度，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积。
42.具体的，可以根据以下公式进行计算：
43.v＝∫∫s(h-dcosα)ds
44.式中，d为检测装置到煤炭表面的距离，也即第一距离。h为检测装置到皮带水平面的垂直的第二距离，其中，α为检测装置与水平面之间的角度，s为水平面煤炭面积，v为煤量体积。
45.本公开实施例中，首先获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图，然后对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像，之后根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积，从而将激光与视觉融合技术应用于煤矿井下，通过将相机和激光雷达同步检测的图像和激光点云数据进行融合，进而获取更加准确与稠密的深度信息，良好应对煤矿复杂非结构化环境并产生稳定的信息，煤量体积检测准确率较高，提升煤矿皮带煤量图像检测精度，煤量精确检测和皮带智能变频调速提供技术支撑，为智能矿山的发展提
供保障。
46.图2是本公开又一实施例提出的皮带煤量检测方法的流程示意图。
47.如图2所示，本公开提供了一种皮带煤量检测方法，其中，所述方法包括：
48.步骤201，获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图。
49.步骤202，对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像。
50.需要说明的是，步骤201,202的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
51.步骤203，根据各个所述立体煤量体积图像，确定多个扫描截面，以及每个所述扫描截面上对应的多个分割步长，其中，所述分割步长为沿皮带长度方向的。
52.需要说明的是，扫描截面可以是根据立体煤量体积图像所确定的皮带上煤炭沿着皮带长度方向的切面。分割步长可以为每个煤堆所对应的切面长度。
53.举例来说，扫描截面a中包含了5个分割步长，也即有5个煤堆，每个煤堆对应一个分割步长，以及一个截面面积。
54.需要说明的是，可以对立体煤炭进行扫描，从而能够得到多个扫描截面，从而使得各个扫描截面能够合起来扫描所有的煤堆。
55.步骤204，确定每个扫描截面上每个所述分割步长所对应的截面面积。
56.其中，截面面积可以为与每个分割步长对应的截面面积，一个扫描截面中每个煤堆对应了一个截面面积。
57.步骤205，根据各个所述扫描截面对应的各个所述分割步长以及每个所述截面面积，计算所述皮带上的煤量体积。
58.具体的，可以把皮带面煤量分割成多个小的煤堆，再求它们体积的和,即
[0059][0060]
式中，v
ik
为第k个扫描截面上第i个截面面积对应的煤堆体积。
[0061]zik
为皮带长度方向的分割步长。
[0062]sik
为第k个扫描截面上的第i个小的截面体积。
[0063]
其中，m为扫描截面的个数，n为每个扫描截面上分割步长的个数。
[0064]
可选的，计算软件采用c#汇编语言编写，cpu检测在同步脉冲上升沿来到延时500us后同步启动14xsz-a/d转换器，连续完成5次数据采集，将计算出的值转换成相应的14位数字量，然后由cpu读取锁存。
[0065]
综上所述，本公开所提出的煤矿井下的基于激光与视觉融合技术的皮带煤量检测方法，通过对摄像机和激光雷达同步检测的图像进行融合，利用psmnet网络的多尺度融合特征并基于结构进行预测，获得更准确、更密集的深度信息，经现场实验验证该方法对井下煤量体积检测的准确率可以达到90％以上。该技术可以实现煤堆表面点的快速、准确测量并有效提升煤量测量的准确度。
[0066]
图3是本公开一实施例提出的皮带煤量检测装置的结构示意图。
[0067]
如图3所示，该皮带煤量检测装置300，包括：
[0068]
获取模块310，用于获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图；
[0069]
融合模块320，用于对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像；
[0070]
计算模块330，用于根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积。
[0071]
可选的，所述获取模块，具体用于：
[0072]
基于双目相机,按照预设的频率在指定时间段内获取多个时刻皮带上煤堆的第一图像；
[0073]
基于激光雷达测量装置，在每个所述时刻获取所述皮带上煤堆的第二图像；
[0074]
基于卷积神经网络，对同一时刻所对应的所述第一图像和所述第二图像分别进行特征提取，以分别获取双目视差图和激光雷达视差图。
[0075]
可选的，所述计算模块，具体用于：
[0076]
确定检测装置到所述皮带上煤堆的第一距离，以及所述检测装置到水平面的第二距离、以及所述检测装置与水平面之间的角度；
[0077]
根据各个所述立体煤量体积图像，确定与每个所述立体煤量体积图像对应的水平面煤炭面积；
[0078]
根据每个所述水平面煤炭面积、所述第一距离、所述第二距离和所述角度，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积。
[0079]
可选的，该装置还包括：
[0080]
第一确定模块，用于根据各个所述立体煤量体积图像，确定多个扫描截面，以及每个所述扫描截面上对应的多个分割步长，其中，所述分割步长为沿皮带长度方向的；
[0081]
第二确定模块，用于确定每个所述扫描截面上每个所述分割步长所对应的截面面积；
[0082]
计算模块，用于根据各个所述扫描截面对应的各个所述分割步长以及每个所述截面面积，计算所述皮带上的煤量体积。
[0083]
可选的，所述检测装置安装在所述皮带的上方，所述双目相机安装的方向与所述皮带的方向平行、所述激光雷达测量装置的方向与所述皮带的方向垂直。
[0084]
本公开实施例中，首先获取指定时间段内多个时刻皮带上煤堆的多组图像，每组所述图像中包含了所述煤堆的双目视差图和激光雷达视差图，然后对每组所述图像中包含的所述双目视差图和激光雷达视差图进行融合，以得到立体煤量体积图像，之后根据当前记录的检测装置所对应的参数，以及所述立体煤量体积图像，计算所述指定时间段内所述皮带上的煤量体积，从而将激光与视觉融合技术应用于煤矿井下，通过将相机和激光雷达同步检测的图像和激光点云数据进行融合，进而获取更加准确与稠密的深度信息，良好应对煤矿复杂非结构化环境并产生稳定的信息，煤量体积检测准确率较高，提升煤矿皮带煤量图像检测精度，煤量精确检测根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
[0085]
图4示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备400的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字
助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
[0086]
如图4所示，设备400包括计算单元401，其可以根据存储在只读存储器(rom)402中的计算机程序或者从存储单元408加载到随机访问存储器(ram)403中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 403中，还可存储设备400操作所需的各种程序和数据。计算单元401、rom 402以及ram 403通过总线404彼此相连。输入/输出(i/o)接口405也连接至总线404。
[0087]
设备400中的多个部件连接至i/o接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0088]
计算单元401可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元401的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元401执行上文所描述的各个方法和处理，例如所述皮带煤量检测方法。例如，在一些实施例中，所述皮带煤量检测方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到ram 403并由计算单元401执行时，可以执行上文描述的所述皮带煤量检测方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行所述皮带煤量检测方法。
[0089]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0090]
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0091]
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电
子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0092]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0093]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、互联网和区块链网络。
[0094]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务("virtual private server"，或简称"vps")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
[0095]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0096]
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。