專利名稱：基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸送帶表面圖像的獲取方法，具體地涉及一種基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
帶式輸送機(jī)運(yùn)輸是我國現(xiàn)代化大生產(chǎn)的主要運(yùn)輸方式之一，輸送帶是帶式輸送機(jī)牽引和運(yùn)載的重要部件。工作過程中，輸送帶經(jīng)常會出現(xiàn)表面損傷和撕裂等故障，嚴(yán)重危及安全生產(chǎn)。利用機(jī)器視覺技術(shù)監(jiān)測輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)受到了廣泛關(guān)注，基于機(jī)器視覺的輸送帶在線監(jiān)測技術(shù)得到了快速發(fā)展。高品質(zhì)圖像是實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器視覺的輸送帶在線監(jiān)測的 前提，也就是說，圖像獲取是對輸送帶進(jìn)行視覺監(jiān)測的一個關(guān)鍵技術(shù)。在運(yùn)輸物料過程中，帶式輸送機(jī)的上皮帶是承載帶，通常呈槽形且向上彎曲，下皮帶為返回段，是不承載的空帶且呈平形。為了利用機(jī)器視覺技術(shù)來監(jiān)測輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，需要從輸送機(jī)上皮帶的背面對其進(jìn)行成像，也就是要求圖像采集裝置安裝在輸送機(jī)上、下皮帶之間。工程實(shí)際中，輸送機(jī)上、下皮帶之間的空間很小，而且輸送帶的寬度通常要大于上、下皮帶之間的距離。以煤礦行業(yè)使用的輸送機(jī)為例，輸送機(jī)上、下皮帶間的距離通常小于Im,寬度通常大于800mm,而且輸送帶運(yùn)行速度快,最快可達(dá)6m/s。這就需要對輸送帶表面圖像的采集系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)。針對輸送機(jī)上皮帶的監(jiān)測，澳大利亞CBM公司曾經(jīng)提出了在一個監(jiān)測截面上使用三個相機(jī)來采集輸送帶圖像的方法，每個相機(jī)配備一個激光器來提供光源。該方法存在兩個方面的不足一方面，在一個截面上布置多個相機(jī)勢必會造成監(jiān)測系統(tǒng)的成本增加 ’另一個方面，在輸送帶長距離大運(yùn)量運(yùn)輸時，需要在輸送帶的多個截面進(jìn)行監(jiān)測，亦即多點(diǎn)監(jiān)測，在輸送帶一個截面放置多個相機(jī)會造成多點(diǎn)監(jiān)測時相機(jī)的數(shù)目過多，給網(wǎng)絡(luò)傳輸、圖像處理帶來不少困難，這不利于監(jiān)測系統(tǒng)的在線運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決基于機(jī)器視覺的輸送帶在線監(jiān)測系統(tǒng)的圖像采集問題，提供一種基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像的獲取方法，用于在線監(jiān)測輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明的一個方面在于，利用線陣CCD相機(jī)配備高亮度線形光源來采集輸送帶的表面圖像信息。對于寬度不超過I. 4m的輸送帶，利用單個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度超過I. 4m的輸送帶，利用兩個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度不超過I. 4m的輸送帶，而圖像分辨率要求較高時，采用兩個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度超過
I.4m的輸送帶，而且圖像分辨率要求較高時，采用兩個以上相機(jī)采集輸送帶的表面圖像。本發(fā)明的另一個方面在于，利用兩個或兩個以上線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源。有益效果本發(fā)明利用兩個或兩個以上線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源，實(shí)現(xiàn)輸送帶運(yùn)行過程中表面圖像的在線采集。本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，能夠減少相機(jī)的數(shù)目，對于寬度不超過I. 4m的輸送帶可以實(shí)現(xiàn)單個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像，有利于相機(jī)參數(shù)的設(shè)置。對于長距離運(yùn)輸?shù)妮斔蜋C(jī)，本發(fā)明的方法有利于實(shí)現(xiàn)輸送帶的多點(diǎn)監(jiān)測。


圖I利用一臺相機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的輸送帶圖像采集的示意圖；圖2利用兩臺相機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的輸送帶圖像采集的示意圖；圖3利用三臺相機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的輸送帶圖像采集的示意圖；圖4基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像采集設(shè)備的安裝位置示意圖；圖5為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中實(shí)施例I的輸送帶圖像采集示意圖； 圖6為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中實(shí)施例2的輸送帶圖像采集示意圖；圖7為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中實(shí)施例3的輸送帶圖像采集示意圖；圖8為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中實(shí)施例4的輸送帶圖像采集示意具體實(shí)施例方式為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明一種基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，一方面，利用線陣C⑶相機(jī)配備高亮度線形光源來采集輸送帶的圖像信息，另一方面，利用兩個或兩個以上線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源。線陣CCD相機(jī)個數(shù)的最優(yōu)方案對于寬度不超過I. 4m的輸送帶，利用單個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度超過I. 4m的輸送帶，利用兩個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度不超過I. 4m的輸送帶，而圖像分辨率要求較高時，采用兩個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度超過I. 4m的輸送帶，而且圖像分辨率要求較高時，采用兩個以上相機(jī)采集輸送帶的表面圖像。利用一臺線陣CCD相機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法的示意圖如圖I所示。由圖I可知，由兩個或兩個以上線形光源為一臺線陣CCD相機(jī)提供光源。利用兩臺線陣CCD相機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法的示意圖如圖2所示。由圖2可知，每一臺線陣CCD相機(jī)都由兩個或兩個以上線形光源為其提供光源。利用三臺線陣CCD相機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法的示意圖如圖3所示，每一臺線陣CCD相機(jī)都由兩個或兩個以上線形光源為其提供光源?；跈C(jī)器視覺的輸送帶表面圖像采集設(shè)備的安裝位置示意圖如圖4所示，線陣CCD相機(jī)的傾斜角用α表示，線形光源的傾斜角用β表示。線陣CCD相機(jī)的最優(yōu)安裝方式相機(jī)鏡頭朝上；相機(jī)傾斜角α的取值范圍為(0，90° ]，最優(yōu)取值范圍為[75° ,90° ]。單個線形光源的最佳安裝方式線形光源自下向上發(fā)射光；線形光源可水平放置，也可與水平面呈一定角度；線形光源傾斜角β的取值范圍為(0，90° ]，最優(yōu)取值范圍為[75。 ,90° ]。線形光源傾斜角β的取值需要根據(jù)線陣C⑶相機(jī)傾斜角α進(jìn)行調(diào)整，理論上當(dāng)β = α?xí)r，進(jìn)入相機(jī)的光最多。實(shí)際應(yīng)用中很難準(zhǔn)確保證β = α，因此可通過調(diào)整線形光源傾斜角β與線陣CCD相機(jī)傾斜角α，保證α與β近似相等，使相機(jī)能夠清晰成像即可。多個線形光源的最佳安裝方式在輸送機(jī)上皮帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，從總體上看，兩個或兩個以上的線形光源排列呈槽型或梯形，與輸送機(jī)上皮帶的外形大體相似。實(shí)施例I :本實(shí)施例用五個線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源為例來進(jìn)行說明，單個線陣CCD相機(jī)配備五個線形光源來采集輸送帶表面圖像的示意圖如圖5所示。在輸送機(jī)上皮 帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，線形光源3水平放置，其它線形光源與水平面傾斜成一定角度，這樣從總體上看，這五個線形光源排列呈槽型。線陣相機(jī)放置在輸送帶的正下方，配備視場角足夠大的鏡頭，通過調(diào)整線形光源I 5與皮帶的相對位置，使相機(jī)能夠?qū)φ麄€輸送帶的一個截面進(jìn)行成像。實(shí)施例2:本實(shí)施例用三個線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源為例來進(jìn)行說明，單個線陣CCD相機(jī)配備三個線形光源來采集輸送帶表面圖像的示意圖如圖6所示。在輸送機(jī)上皮帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，線形光源2水平放置，其它線形光源與水平面傾斜成一定角度，這樣從總體上看，這三個線形光源排列呈梯型。線陣相機(jī)放置在輸送帶的正下方，配備視場角足夠大的鏡頭，通過調(diào)整線形光源I 3與皮帶的相對位置，使線陣CCD相機(jī)能夠?qū)φ麄€輸送帶的一個截面進(jìn)行成像。實(shí)施例3 本實(shí)施例用六個線形光源為兩個線陣CCD相機(jī)提供光源來采集輸送帶表面圖像為例進(jìn)行說明，示意圖如圖7所示。兩個線陣CCD相機(jī)分別安裝在輸送帶的彎曲段下方，每個線陣CCD相機(jī)由三個線形光源來提供光源，線形光源I 3為線陣CCD相機(jī)I提供光源，線形光源4 6為線陣CXD相機(jī)2提供光源。線形光源I 6與水平面傾斜成一定角度，在輸送機(jī)上皮帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，從總體上看，這六個線形光源排列成呈槽型，與輸送機(jī)上皮帶的外形大體相似。在與輸送帶運(yùn)動方向相垂直的一個截面上，每個線陣CCD相機(jī)的視場覆蓋半個輸送帶以上，也就是每個CXD相機(jī)能夠?qū)σ话胍陨系妮斔蛶нM(jìn)行成像，這樣將兩個相機(jī)拍攝的輸送帶圖像進(jìn)行拼接就可以得到整個輸送帶截面的圖像。實(shí)施例4 本實(shí)施例用三個線形光源為三個線陣CCD相機(jī)提供光源來采集輸送帶表面圖像為例進(jìn)行說明，示意圖如圖8所示。線陣CCD相機(jī)I和線陣CCD相機(jī)3分別安裝在輸送帶的彎曲段下方，線陣CCD相機(jī)2安裝在輸送帶的正下方。線形光源I和線形光源3與水平面傾斜成一定角度，線形光源2水平放置，在輸送機(jī)上皮帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，從總體上看，這三個線形光源排列成呈梯型，與輸送機(jī)上皮帶的外形大體相似。線陣C⑶相機(jī)I由線形光源I和線形光源2的一部分來提供光源，線陣CCD相機(jī)2由線形光源2、線形光源I和3的一部分來提供光源，線陣CCD相機(jī)3由線形光源3和線形光源2的一部分來提供光源。在輸送帶一個截面上，每個線陣CXD相機(jī)拍攝輸送帶圖像的一部分，通過將三個相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行拼接來得到整個輸送帶截面的圖像。以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范 圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，其特征在于 一方面，利用線陣CCD相機(jī)配備高亮度線形光源來采集輸送帶的圖像信息； 另一方面，利用兩個或兩個以上線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，其特征在于，所述的線陣CCD相機(jī)，線陣CCD相機(jī)個數(shù)的最優(yōu)方案是對于寬度不超過I. 4m的輸送帶，利用單個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度超過I. 4m的輸送帶，利用兩個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度不超過I. 4m的輸送帶，而圖像分辨率要求較高時，采用兩個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像；對于寬度超過I. 4m的輸送帶，而且圖像分辨率要求較高時，采用兩個以上相機(jī)采集輸送帶的表面圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，其特征在于，所述的線陣CCD相機(jī)，其最優(yōu)安裝方式線陣CCD相機(jī)鏡頭朝上；線陣CCD相機(jī)傾斜角α的取值范圍為(0，90° ]，最優(yōu)取值范圍為[75° ,90° ]。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，其特征在于，所述的線形光源，在輸送機(jī)上皮帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，線形光源可水平放置，也可與水平面呈一定角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，其特征在于，所述的兩個或兩個以上線形光源，在輸送機(jī)上皮帶和線形光源構(gòu)成的平面內(nèi)，從總體上看，兩個或兩個以上線形光源排列呈槽型或梯形，與輸送機(jī)上皮帶的外形大體相似。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，其特征在于，所述的線形光源，其最佳安裝方式線形光源自下向上發(fā)射光，線形光源傾斜角β的取值范圍為(0，90° ]，最優(yōu)取值范圍為[75° ,90° ]。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，線形光源傾斜角β的取值需要根據(jù)線陣C⑶相機(jī)傾斜角α的值進(jìn)行調(diào)整，理論上需要讓β = α，實(shí)際應(yīng)用中，讓β與α近似相等，使相機(jī)能夠清晰成像即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的輸送帶表面圖像獲取方法，用于在線監(jiān)測輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。一方面，利用線陣CCD相機(jī)配備高亮度線形光源來采集輸送帶的圖像信息，另一方面，利用兩個或兩個以上線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源。本發(fā)明利用兩個或兩個以上線形光源為單個線陣CCD相機(jī)提供光源，能夠減少相機(jī)的數(shù)目，對于寬度不超過1.4m的輸送帶可以實(shí)現(xiàn)單個相機(jī)采集輸送帶的表面圖像，有利于在線采集輸送帶的表面圖像。對于長距離運(yùn)輸?shù)妮斔蜋C(jī)，本發(fā)明的方法有利于實(shí)現(xiàn)輸送帶的多點(diǎn)監(jiān)測。
文檔編號B65G43/02GK102910437SQ201210438289
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者苗長云, 楊彥利, 李現(xiàn)國, 李 杰, 梅秀莊, 李哈達(dá), 仲為亮 申請人:天津工業(yè)大學(xué), 天津市恒一機(jī)電科技有限公司