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专利名称：基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法
技术领域：
本发明基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法，属于煤矿设备自动化在线监测技术领域，涉及一种通过三个智能相机获得的参照物的深度图进行匹配，在�：凸庀呓先醯幕肪诚拢煽康奶崛【返木嗬胄畔ⅲ饬棵翰置何桓叨鹊募觳夥椒ǖ募际醴桨�。
背景技术：
随着信息技术的高速发展，高速处理字符、声音和图像信息的数字终端来提供可支持三维图像和声音的多媒体服务，并且已经积极的实施了有关提供三维真实多媒体服务的三维信息通信服务的研究。近来已经实施了关于立体视觉系统的研究，该系统能够将检测系统与位于系统前方的物体的距离，通过将三维空间映射入二维空间中的立体相机，根据立体相机的几何排布恢复三维信息。目前，公知的煤仓煤位检测技术主要有电容传感式煤位检测系统、重锤式煤位检测系统、超声波煤位检测系统、激光测距煤位检测系统、微波雷达煤位检测系统、核辐射煤位探测系统等，尽管煤位探测系统在煤炭生产企业中得到了广泛的应用，但是通过调查资料的分析发现煤位探测系统一旦失效，在各种因素的影响下使得维修工作变得十分困难， 正如在2004年12月发表的煤炭学报第29卷第6期由中国矿业大学孙继平教授撰写的科技论文《概率哈夫变换在井下煤仓煤位检测中的应用》中提到的，这种现象说明了目前的煤位探测系统尚有待于改进。如果不能准确的计量煤仓的煤位，就不能保证煤仓自动化配煤系统的稳定运行，及磨煤机入炉煤的安全供应，每分钟损失近百万元，影响整个燃煤电厂的正常运行。

发明内容
本发明基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法的目的在于由于应用智能相机观测煤仓内煤位的变化，集合精度高，稳定性高，灵敏度高，对人的伤害少的诸多优点，而且在�：庀呓先醯奶跫拢悄芟嗷姆直媛矢哂�1280X1024，且最高帧速率为13fps， 其成像效果可以与胶片媲美，为后期的图像处理提供方便，为有效掌控煤仓内煤位的变化提供信息化“档案”管理依据，因此，为了克服现有的煤仓煤位检测系统的失效现象以及维修现状的不足，提供一种基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法，该方法不仅安装方便，而且提高了距离信息的准确度，而且能实时分析出煤仓内的煤位是否超出阈值。本发明基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法，其特征在于是通过将三个智能相机获得的参照物的深度图进行匹配，在�：凸庀呓先醯幕肪诚拢煽康奶崛【返木嗬胄畔ⅲ饬棵翰置何桓叨鹊募觳夥椒�
I、智能相机安装，在煤仓的三个方向分别安装西智能相机I、南智能相机2和东智能相机3，且这三个智能相机需安装在同一个水平面上，再用钢丝悬挂固定智能相机，实时观测煤仓内煤位的变化情况，以提取煤位在三个方向上的位置变化情况的图像；
H图像采集，采用LabVIEW软件，通过调用动态链接库驱动通用图像采集卡完成对I中获取图像的采集，采集图像的帧速率达到25帧每秒；
HI、煤仓内煤位的确定，利用NI-IMAQ Vision视频处理�？椋运杉降耐枷窠写恚菹袼刈晗岛臀锢碜晗抵涞南嗷プ慈范翰帜诿何坏谋浠榭觯鲜鰊中三个智能相机采集获得的图像放入像素坐标系中，以图像右下角为坐标原点0，每一个像素点为单位，准确得出煤仓内煤位在图像中的位置信息，然后将三个图像的位置信息进行深度匹配来准确定位煤位在像素坐标系中的轮廓曲线，将获得的位置信息根据像素坐标系与物理坐标系之间的转化关系式
(公式I)
即物距的倒数加上像距的倒数等于焦距的倒数，转化到物理坐标系中，从而确定煤堆的实际轮廓信息，并且以相机的位置为圆心，相机与煤堆上某点记为(a，b，c)的距离为半径，通过相交圆之间的关系，
( -a)2+ Cy1 -bf+ (Z1-C)2 =F2 ( - af + (ji ~ ^)3+( ~cf - f2(公式 2)
(Ii-af+ (Ji -bf+ ( -cf =f2 推算出煤堆轮廓曲线上点与三个智能相机之间的距离，实时监测煤仓内煤堆的高度变化，来精确确定煤仓内的煤位。基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法的优点在于同时启用三个智能相机可以准确实时观测煤仓内煤位的变化，以及煤仓内煤位的轮廓曲线，精确度较高，并且采用 LabVIEW软件，对图像进行处理和分析，方便实用，可操作性强。克服了现有的煤仓煤位检测系统的失效现象以及维修现状的不足，提供了一种基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法，该方法不仅安装方便，而且提高了距离信息的准确度，而且能实时分析出煤仓内的煤位是否超出阈值，精确确定了煤仓内的煤位，保证了煤仓自动化配煤系统的稳定运行，及磨煤机入炉煤的安全供应，避免了每分钟近百万元的损失，经济效益十分可观。


通过下述结合附图的详细描述，本发明的目的、其他特征以及优点将更加清晰。其中
图I是示出本发明实施方式具有三个智能相机测距设备的构造示意图。图2是示出坐标转化关系示意图，利用根据本发明具有智能相机的测距设备提取准确的位置信息。图3是相切圆关系示意图，在该示例中利用本发明具有智能相机的测距设备提取准确的距离信息。不意图中标号说明
I、西智能相机2、南智能相机3、东智能相机X、X轴Y、Y轴Z、Z轴P、煤堆顶点O、坐标原点
具体实施例方式
下面将更加详细的描述本发明的优选实施方式，其示例在附图中图示。
实施方式I:
图I是示出根据发明实施方式具有三个智能相机的测距设备的构造示意图。参照图1，将智能相机安装到煤仓三个方向，分别为正南、正西、正东，三个智能相机在同一个水平面上，在光线较弱，环境恶劣的情况下，实时监测煤仓内煤位的变化，从相机的拍摄的煤堆图像中，进行深度图像匹配，即可确定煤仓内煤炭与煤仓壁之间的轮廓线以及煤堆的最高点，方便图像轮廓的采样，且不存在盲点，提高了观测的准确性。图2是示出坐标转化关系示意图，利用根据本发明具有智能相机的测距设备提取准确的位置信息。参照图2中根据坐标转化法，以其中任意一个智能相机为例进行说明，首先建立二维坐标系(即像素坐标系)，将图像右下角点即为坐标原点0，以图片的像素为单位，每一个像素在X轴与Y轴方向上的物理尺寸为将从俯视图观测到的煤位轮廓曲线运用图像处理软件变成一个二维图像，每一个元素对应图像中的一个像素，选择煤堆顶点P，再根据像素坐标与图像物理坐标之间的转换公式I (即相机的成像原理)，
光学中最基本的高斯成像公式% + ){;= Yj(公式I)
即物距的倒数加上像距的倒数等于焦距的倒数。得到其在物理坐标系中顶点P与相 fu
机之间的实际距离#= 以此类推得到各个智能相机上煤堆顶点与智能相机之间的距离。图3是相切圆关系示意图，在该示例中利用本发明具有智能相机的测距设备提取准确的距离信息。参照图3中，煤堆的上的任意点虽在不同的相机坐标系中，但它们是重合的，与图2中的像素坐标系相结合，并且以煤仓底部圆的圆心0为原点建立三维坐标系，标定相机
所处的位置分别设为( J1,%),(13,乃為),以顶点P为例，记为(a，b，c),以相机到点P得距离为半径，三个圆的相交位置即为煤堆的顶点P，通过各个圆相交，根据相交圆的计算公式2，
+ ^ -^)3+ (Z1-C)* =T2
(X2 - 3)2 + 0 - b)2 + ( ~cf = f*(公式 2 )
(ij—a)2 +(Vj ~b)^ +(2j-c)2 =,
当a=100，b=100，代入智能相机焦距f和物距v的具体取值以及智能相机的安装位置 x=200, y=200, z=2000,假设上述任一智能相机的焦距f=80,像距v=150,就可以计算出该顶点P在垂直方向上距离为(注厂=
c = z- -(x-af -(y-hf = 1903,109 麵
并且三个相机同时工作，提高了距离测量的准确性。系统图像储存与分析部分采用LabVIEW处理，LabVIEW具有强大的数据采集功能， 对各种摄像设备支持，并自带NI Vision视觉开发界面�？椋⑶也捎眯〔ㄉ窬缃斜平治觯煊λ俣瓤欤弦酝鵙C++编程具有处理手段先进，维护方便等优点。
5
系统软件部分运用LabVIEW G语言编程，具有图形化，�？榛嘶缑婧茫僮骷虻サ忍氐�。采用先进先出的数据结构，实现在线采集、存储、分析、处理煤仓内煤位的变化， 用户可以随时查看、打印报表。实施方式2 a=80, b=80，得到c= 1975. 756mm其它同实施方式I。实施方式3 a=150, b=150，得到c=1843. 834mm 其它同实施方式I。
权利要求
1.基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法，其特征在于是通过将三个智能相机获得的参照物的深度图进行匹配，在模糊和光线较弱的环境下，更可靠的提取精确的距离信息，测量煤仓煤位高度的检测方法I、智能相机安装，在煤仓的三个方向分别安装西智能相机(I)、南智能相机(2)和东智能相机(3)，且这三个智能相机需安装在同一个水平面上，再用钢丝悬挂固定智能相机，实时观测煤仓内煤位的变化情况，以提取煤位在三个方向上的位置变化情况的图像；II、图像采集，采用LabVIEW软件，通过调用动态链接库驱动通用图像采集卡完成对I中获取图像的采集，采集图像的帧速率达到25帧每秒；III、煤仓内煤位的确定，利用NI-IMAQVision视频处理�？椋运杉降耐枷窠写恚菹袼刈晗岛臀锢碜晗抵涞南嗷プ慈范翰帜诿何坏谋浠榭觯鲜鯥I 中三个智能相机采集获得的图像放入像素坐标系中，以图像右下角为坐标原点0，每一个像素点为单位，准确得出煤仓内煤位在图像中的位置信息，然后将三个图像的位置信息进行深度匹配来准确定位煤位在像素坐标系中的轮廓曲线，将获得的位置信息根据像素坐标系与物理坐标系之间的转化关系式
全文摘要
一种基于虚拟仪器智能相机的煤仓煤位检测方法，属于煤矿设备自动化在线监测技术领域，其特征在于是一种通过将三个智能相机获得的参照物的深度图进行匹配，在�：凸庀呓先醯幕肪诚拢煽康奶崛【返木嗬胄畔ⅲ饬棵翰置何桓叨鹊募觳夥椒ǖ募际醴桨福梅椒ㄍü鲋悄芟嗷竦玫牟握瘴锏纳疃韧冀衅ヅ洌谀：凸庀呓先醯幕肪诚拢煽康奶崛【返木嗬胄畔ⅲ饬棵翰置何桓叨龋唤霭沧胺奖悖岣呔嗬胄畔⒌淖既范龋夷苁凳狈治龀雒翰帜诘拿何皇欠癯鲢兄�。
文档编号G01F23/00GK102607667SQ20121005416
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者乔葳, 乔铁柱, 满壮, 赵弼龙, 郑洪强, 陈昕 申请人:太原理工大学