專利名稱：鋼卷步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種自動化技術(shù)領(lǐng)域的監(jiān)控裝置及監(jiān)控方法，具體是一種鋼 巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
在鋼鐵廠中，鋼帶經(jīng)冷軋收巻后需要移位搬運，均采用步進(jìn)梁將鋼巻托起一 步一步地移動至每個V型鞍座上，最終到達(dá)指定位置。由于在移動搬運過程中， 受到鋼巻重心偏差和步進(jìn)梁承載面傾斜的影響，時常會出現(xiàn)某些鋼巻嚴(yán)重偏離步 進(jìn)梁中軸線的現(xiàn)象。 一旦出現(xiàn)這樣情況，在步進(jìn)梁再次托起的過程中就很有可能 會發(fā)生鋼巻側(cè)翻的生產(chǎn)事故。為了避免這種事件的發(fā)生，以往是依靠人工肉眼觀 測的方法進(jìn)行監(jiān)視，結(jié)果費工、費力，又不可靠。因此，從生產(chǎn)實際出發(fā)，非常 需要一種能夠完全代替人工肉眼觀測的全自動化、智能化的監(jiān)控裝置及其方法來 解決當(dāng)前在鋼鐵企業(yè)和鋼材倉庫所面臨的技術(shù)難題。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請?zhí)?2158692. 6公開了一 種物體空間位姿檢測裝置，屬于精密自動測量裝置，其由裝在機器人末端的攝像 機和超聲傳感器、計算機組成，攝像機和超聲傳感器由數(shù)據(jù)線與計算機中的圖像 采集卡和超聲信息采集卡相連，機器人由控制總線與計算機相連。該技術(shù)采用攝 像機和超聲傳感器結(jié)合技術(shù)來取代"雙目視覺檢測"未能顯示其相對先進(jìn)性，受 超聲能量損耗的限制，超聲傳感器對物體的傳感被局限在較小的距離之內(nèi)，而且 就其總體算法來看，顯得較為復(fù)雜和繁瑣。
另經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請?zhí)?00710176450. 6公開了一種屬于運動 物體測量設(shè)備的涉及非接觸方式高精度測量的一種運動物體的瞬時姿態(tài)測量裝 置。該運動物體的瞬時姿態(tài)測量裝置包括無源部分的反射鏡，和有源部分的激光 器、測量機構(gòu)、計算裝置及成像裝置；其中無源部分和有源部分中的一個被靜 止地固定，而另一個和被測量的運動物體固定。但該技術(shù)采用激光光學(xué)測量機構(gòu)， 機構(gòu)極為復(fù)雜，造價昂貴。另外，上述現(xiàn)有技術(shù)的適用范圍也較為狹窄，更無法加以改進(jìn)后移用到其它 應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)然也根本不具備對鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系 統(tǒng)及其監(jiān)控方法，通過CCD攝像機對鋼巻移動狀態(tài)進(jìn)行實時采像，將采集的鋼巻 移動狀態(tài)圖像送至信號處理器，通過圖像處理與智能識別運算就能夠準(zhǔn)確判斷鋼 巻是否出現(xiàn)側(cè)向偏差，或者超出側(cè)向安全工作范圍，以便向工作人員發(fā)出提示或 警報，實現(xiàn)對鋼巻移動姿態(tài)的有效檢控。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明涉及鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)包括CCD攝像機、信號處理器和
聲光警示器，其中CCD攝像機安裝于步進(jìn)梁中軸線的上方，CCD攝像機的光軸 處于通過步進(jìn)梁中軸線的垂直立面上并與步進(jìn)梁的中軸線相交，CCD攝像機正對 鋼巻，使得其視場角能夠覆蓋所監(jiān)視的鋼巻全景，CCD攝像機的輸出接口與信號 處理器的圖像信號輸入接口連接以輸出鋼巻移動實時姿態(tài)圖像，信號處理器的數(shù) 字信號輸出接口與聲光警示器的數(shù)字信號輸入接口連接以輸出監(jiān)控指令和數(shù)字 監(jiān)控圖像。
所述的CCD攝像機為電荷耦合圖像傳感攝像機。所述的聲光警示器的數(shù)字信
號輸入接口包括監(jiān)控指令輸入接口、監(jiān)控圖像輸入接口。
所述的信號處理器包括圖像信號輸入接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、圖像處理模塊、 監(jiān)控指令輸出接口和數(shù)字圖像輸出接口，其中圖像信號輸入接口的輸入端經(jīng)視
頻電纜與CCD攝像機輸出接口相連接收鋼巻移動實時姿態(tài)圖像，圖像信號輸入接
口的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口與圖像處理 模塊的輸入端口連接以輸出數(shù)字圖像信號，圖像處理模塊的輸出端口與監(jiān)控指令 輸出接口和數(shù)字圖像輸出接口的輸入端口連接用以輸出監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān)控圖 像。
所述的數(shù)字圖像輸出接口與聲光警示器的監(jiān)控圖像輸入接口連接通過圖像 顯示器輸出數(shù)字監(jiān)控圖像向監(jiān)控室工作人員提供現(xiàn)場實時視頻圖像以便人工觀 察現(xiàn)場鋼巻步進(jìn)移動的實況。
所述的圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理子模塊和智能識別運算子模塊，其中 圖像預(yù)處理子模塊的輸入端口與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口連接以接收數(shù)字圖像信號，圖像預(yù)處理子模塊的第一輸出端口與智能識別運算子模塊的輸入端口連接 以輸出數(shù)字分割圖像，圖像預(yù)處理子模塊的第二輸出端口與數(shù)字圖像輸出接口的 輸入端口連接輸出數(shù)字監(jiān)控圖像，智能識別運算子模塊的輸出端口與監(jiān)控指令輸 出接口的輸入端口連接輸出監(jiān)控指令。
所述的圖像預(yù)處理子模塊接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的CCD攝像機采集的
鋼巻移動實時姿態(tài)圖像的數(shù)字圖像信號，圖像預(yù)處理子模塊對來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 的數(shù)字圖像信號進(jìn)行增強、畸變矯正和分割處理，將增強與畸變矯正后的數(shù)字圖 像通過其第二輸出端口輸至數(shù)字圖像輸出接口的輸入端口，將分割處理后的數(shù)字 分割圖像通過其第一輸出端口傳輸給智能識別運算子模塊。
所述的智能識別運算子模塊，根據(jù)數(shù)字分割圖像運算出當(dāng)前鋼巻是否超出 側(cè)向移位的安全允許范圍，并向聲光警示器發(fā)送監(jiān)控指令。
所述的聲光警示器包括監(jiān)控指令輸入接口、監(jiān)控圖像輸入接口、譯碼器、 數(shù)字語音模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率放大模塊、揚聲器、圖像顯示器、電子開關(guān)器 和強光燈，其中監(jiān)控指令輸入接口與信號處理器的監(jiān)控指令輸出接口連接將接 收到的監(jiān)控指令輸入到譯碼器的輸入端口，譯碼器的輸出端口與數(shù)字語音模塊的 輸入端口連接以傳輸解碼信號，數(shù)字語音模塊的輸出端口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端 口連接以傳輸數(shù)字語音信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端口與功率放大模塊的輸入端口 連接以傳輸模擬語音信號，功率放大后的語音信號通過功率放大模塊的第一輸出 端口輸至揚聲器向外播放語音警示信號，同時由功率放大模塊的第二輸出端口輸 出開關(guān)控制信號至電子開關(guān)器用以開通強光燈向外發(fā)射強光警示信號；監(jiān)控圖像 輸入接口與信號處理器的數(shù)字圖像輸出接口連接直接接收數(shù)字監(jiān)控圖像；監(jiān)控圖 像輸入接口的輸出端與圖像顯示器的輸入接口連接用以顯示數(shù)字監(jiān)控圖像。
本發(fā)明涉及上述鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括以下步驟 第一步，將CCD攝像機安裝于步進(jìn)梁中軸線的上方，并設(shè)置CCD攝像機的光 軸處于通過步進(jìn)梁中軸線的垂直立面上并與步進(jìn)梁的中軸線相交，然后開啟CCD
攝像機對鋼巻區(qū)域進(jìn)行實時跟蹤，并將拍攝得到的鋼巻移動實時姿態(tài)圖像傳輸至 信號處理器。
所述的鋼巻移動實時姿態(tài)圖像是指包含鋼巻全部姿態(tài)的鋼巻區(qū)域圖，即能夠 全面觀測鋼巻移動的最小截圖。 第二步，信號處理器的圖像信號輸入接口將鋼巻移動實時姿態(tài)圖像傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將圖像模擬信號轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)字信號，再將得到的 數(shù)字圖像信號輸出至圖像預(yù)處理子模塊依次進(jìn)行信號增強、畸變矯正和縱向切割 處理，得到增強矯正后的縱向切割圖。
所述的縱向切割處理是指對已經(jīng)獲得的鋼巻區(qū)域圖沿著步進(jìn)梁中軸線將其 切割，形成左、右兩幅子圖。當(dāng)CCD攝像機遵照上述第一步的安裝、設(shè)置方式時， 縱向切割顯得簡捷、容易操作，沿著步進(jìn)梁中軸線上點像素的列坐標(biāo)即將鋼巻區(qū) 域圖切割成左、右兩幅子圖。
第三步，預(yù)處理子模塊將縱向切割圖進(jìn)行橫向切割處理，得到數(shù)字分割圖像 后輸送至智能識別運算子模塊，智能識別運算子模塊根據(jù)數(shù)字分割圖像進(jìn)行二值 化處理后，再對二值化圖像進(jìn)行深化處理。
所述的橫向切割處理是指從縱向切割圖中針對每個鋼巻的可見部分進(jìn)行橫 向截取，依次獲得每個鋼巻可見部分的兩半窗口視圖。
所述的深化處理是指采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法對二值化圖像的邊緣進(jìn)行銳化 處理。
所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，其原理是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去量度和提取圖像中 的對應(yīng)形狀以達(dá)到對圖像分析和識別的目的，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和所用語言 是集合論，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)能夠簡化圖像數(shù)據(jù)，保持它們基本的形狀特性，并除去不 相干的結(jié)構(gòu)，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是由一組形態(tài)學(xué)的代數(shù)運算子組成的，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基 本運算有四個膨脹、腐蝕、開啟和閉合，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分為二值形態(tài)學(xué)和灰度形 態(tài)學(xué)兩大類，它們在二值圖像和灰度圖像中各有特點，運用于二值圖像的形態(tài)學(xué) 稱為二值形態(tài)學(xué)，運用于灰度圖像的形態(tài)學(xué)稱為灰度形態(tài)學(xué)，基于這些基本運算 還可推導(dǎo)和組合成各種數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)實用算法，用它們可以進(jìn)行圖像形狀和結(jié)構(gòu)的 分析及處理，包括圖像分割、特征抽取、邊界檢測、圖像濾波、圖像增強和恢復(fù) 等，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的算法具有天然的并行實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了形態(tài)學(xué)分析和處理算 法的并行，大大提高了圖像分析和處理的速度。
第四步，偏移判定處理，同時等待監(jiān)控指令，并將監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān)控圖像 分別輸出至聲光警示器及其圖像顯示器。
第五步，控制人員根據(jù)聲光警示器及其圖像顯示器輸出的監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān) 控圖像對鋼巻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，當(dāng)側(cè)向偏差超出側(cè)向安全工作范圍時根據(jù)報警 信息實施鋼巻側(cè)向位置矯正。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果CCD攝像機可以從鋼巻傳輸線 的一端沿著中軸線視場方向上監(jiān)視所有鋼巻在移動時的側(cè)向移位狀況。CCD攝像
機采集的鋼巻移動狀態(tài)圖像送入信號處理器，通過圖像處理與智能識別運算就能 夠準(zhǔn)確判斷鋼巻是否出現(xiàn)側(cè)向偏差，或者超出側(cè)向安全工作范圍，以便向工作人
員發(fā)出提示或警報，而且，正確率達(dá)到100%。


圖l為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明中信號處理器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明信號處理器中圖像處理器模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明中聲光警示器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明中CCD攝像機設(shè)置方法示意圖。
圖6為本發(fā)明中圖像處理與智能運算流程圖。
圖7為本發(fā)明中鋼巻偏移判定子程序流程圖。
圖8為實施例圖像處理示意其中a)為鋼巻區(qū)域圖縱向切割圖；b)為鋼巻區(qū)域圖橫向切割圖；C)為 鋼巻區(qū)域圖切割后灰度二值化處理效果圖；d)為鋼巻區(qū)域圖切割二值化后再經(jīng) 形態(tài)學(xué)強化效果圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實施例。
如圖1和圖5所示，本實施例包括CCD攝像機1、信號處理器2和聲光警 示器3，其中CCD攝像機1安裝于步進(jìn)梁5中軸線的上方，CCD攝像機l的光 軸7處于通過步進(jìn)梁5中軸線的垂直立面上并與步進(jìn)梁5的中軸線相交，而且光 軸7必須與水平線形成一定的角度8以確保CCD攝像機1的視場角能夠覆蓋所監(jiān) 視的鋼巻4全景；CCD攝像機1的輸出接口通過視頻電纜線與信號處理器2的圖 像信號輸入接口連接，信號處理器2的數(shù)字信號輸出接口與聲光警示器3的數(shù)字 信號輸入接口連接。鋼巻4在步進(jìn)梁6的推舉下，從當(dāng)前的V型鞍座6上被托起、 向前移動一步，然后降落在前面的V型鞍座6上，此時，CCD攝像機1實時采集 鋼巻4移動狀態(tài)圖像，并將其輸送至信號處理器2，經(jīng)過信號處理器2中的圖像
10處理模塊能夠準(zhǔn)確判斷鋼巻4是否出現(xiàn)側(cè)向偏差，或者超出側(cè)向安全工作范圍； 一旦鋼巻4在移動過程超出側(cè)向安全工作范圍，信號處理器2就會實時向聲光警 示器3發(fā)送控制指令，使得聲光警示器3及時向生產(chǎn)現(xiàn)場和生產(chǎn)過程檢控室發(fā)出 聲光警示信號，因此能夠避免鋼巻4側(cè)翻事件的發(fā)生，保證了生產(chǎn)安全和勞動效 率。
如圖2、圖3和圖4所示，所述的信號處理器2包括圖像信號輸入接口 21、 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊22、圖像處理模塊23、監(jiān)控指令輸出接口 24和數(shù)字圖像輸出接口 25，其中圖像信號輸入接口21的輸入端經(jīng)視頻電纜與CCD攝像機1輸出接口 相連接收鋼巻移動實時姿態(tài)圖像，圖像信號輸入接口 21的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊22的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊22的輸出端口與圖像處理模塊23的輸入端 口連接以輸出數(shù)字圖像信號，圖像處理模塊23的輸出端口與監(jiān)控指令輸出接口 24和數(shù)字圖像輸出接口 25的輸入端口連接用以輸出監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān)控圖像。
所述的數(shù)字圖像輸出接口 25與聲光警示器3的監(jiān)控圖像輸入接口 39連接， 通過圖像顯示器40輸出數(shù)字監(jiān)控圖像向監(jiān)控室工作人員提供現(xiàn)場實時視頻圖像 以便人工觀察現(xiàn)場鋼巻步進(jìn)移動的實況。
如圖3所示，所述的圖像處理模塊23包括圖像預(yù)處理子模塊231和智能 識別運算子模塊232，其中圖像預(yù)處理子模塊231的輸入端口與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 22的輸出端口連接以接收數(shù)字圖像信號，圖像預(yù)處理子模塊231的第一輸出端 口與智能識別運算子模塊232的輸入端口連接以輸出數(shù)字分割圖像，圖像預(yù)處理 子模塊231的第二輸出端口與信號處理器2的數(shù)字圖像輸出接口 25的輸入端口 連接，智能識別運算子模塊232的輸出端口與監(jiān)控指令輸出接口 24的輸入端口 連接輸出監(jiān)控指令。
所述的圖像預(yù)處理子模塊231接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊22輸出的CCD攝像機 1采集的鋼巻移動實時姿態(tài)圖像的數(shù)字圖像信號，圖像預(yù)處理子模塊231對來自 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊22的數(shù)字圖像信號進(jìn)行增強、畸變矯正和分割處理，將增強與畸 變矯正后的數(shù)字圖像通過其第二輸出端口輸至數(shù)字圖像輸出接口 25的輸入端 口 ，將分割處理后的數(shù)字分割圖像通過其第一輸出端口傳輸給智能識別運算子模 塊232。
如圖4所示，所述聲光警示器3包括監(jiān)控指令輸入接口31、譯碼器32、 數(shù)字語音模塊33、數(shù)模轉(zhuǎn)換器34、功率放大模塊35、揚聲器36、電子開關(guān)器37、強光燈38、監(jiān)控圖像輸入接口39、圖像顯示器40。其中監(jiān)控指令輸入接 口 31的輸出端與譯碼器32的輸入端口連接，譯碼器32的輸出端口與數(shù)字語音 模塊33的輸入端口連接，數(shù)字語音模塊33的輸出端口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器34的輸入 端口連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器34的輸出端口與功率放大模塊35的輸入端口連接，功率 放大模塊35的第一輸出端口與揚聲器36的輸入端口連接，功率放大模塊35的 第二輸出端口與電子開關(guān)器37控制信號輸入端口連接，電子開關(guān)器37的輸出接 口串接于強光燈38供電回路；監(jiān)控圖像輸入接口 39的輸入端口與信號處理器2 的數(shù)字圖像輸出接口 25連接，監(jiān)控圖像輸入接口 39的輸出端口與圖像顯示器 40連接。當(dāng)聲光警示器3的輸入接口 31接收到控制指令代碼后，經(jīng)過譯碼器32 的解釋，鏈接數(shù)字語音模塊33中的相關(guān)語音單元，將鏈接后的語音單元序列依 次輸至數(shù)模轉(zhuǎn)換器34轉(zhuǎn)換為語音模擬信號，再將語音模擬信號輸至功率放大模 塊35經(jīng)功率放大后驅(qū)動揚聲器發(fā)出相應(yīng)的語音；同時，功率放大模塊35的第二 輸出端口向電子開關(guān)器37控制信號輸入端口輸出模擬電壓信號，電子開關(guān)器37 的導(dǎo)通使強光燈38電源接通，發(fā)出強烈耀眼的燈光。如控制指令"0101"輸 出至聲光警示器3時，聲光警示器3根據(jù)指令代碼獲知"2"號鋼巻4側(cè)向偏移 己經(jīng)超出允許的安全工作范圍，即向現(xiàn)場和監(jiān)控室的工作人員發(fā)出"第2號鋼巻 側(cè)向偏移處于危險狀況，請注意及時糾正！"提示，同時讓強光燈38發(fā)出強光警 示。本發(fā)明系統(tǒng)一旦處于工作狀態(tài)，由CCD攝像機1采集的鋼巻移動實時姿態(tài)圖 像經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊22的模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)圖像預(yù)處理子模塊231的數(shù)字圖像信 號增強和畸變矯正后，經(jīng)信號處理器2的數(shù)字圖像輸出接口 25輸入聲光警示器 3的監(jiān)控圖像輸入接口 39直至圖像顯示器40向控制人員提供數(shù)字監(jiān)控圖像。 如圖6和圖7所示為本實施例所述系統(tǒng)的監(jiān)控步驟，具體包括 第一步，將CCD攝像機安裝于步進(jìn)梁中軸線的上方，并設(shè)置CCD攝像機的光 軸處于通過步進(jìn)梁中軸線的垂直立面上并與步進(jìn)梁的中軸線相交，然后開啟CCD 攝像機對鋼巻區(qū)域進(jìn)行實時跟蹤，并將拍攝得到的鋼巻移動實時姿態(tài)圖像傳輸至 信號處理器。
所述的鋼巻移動實時姿態(tài)圖像是指包含鋼巻全部姿態(tài)的鋼巻區(qū)域圖。 第二步，信號處理器的圖像信號輸入接口將鋼巻移動實時姿態(tài)圖像傳輸至模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將圖像模擬信號轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)字信號，再將得到的 數(shù)字圖像信號輸出至圖像預(yù)處理子模塊依次進(jìn)行信號增強、畸變矯正和縱向切割處理，得到增強矯正后的縱向切割圖。
本實施例中所述的縱向切割處理具體步驟為-
2. 1.在增強與畸變矯正后的鋼巻區(qū)域數(shù)字圖像中選取步進(jìn)梁中軸線上任意
兩個像素坐標(biāo)；
2. 2.以選取的兩個像素坐標(biāo)建立直線方程；
2. 3.利用包含步進(jìn)梁中軸線點坐標(biāo)的直線將鋼巻區(qū)域數(shù)字圖像切割成左、 右兩幅子圖。
當(dāng)CCD攝像機遵照上述第一步的安裝、設(shè)置方式時，只要沿著步進(jìn)梁中軸線 上任意點像素的列坐標(biāo)即將鋼巻區(qū)域圖切割成左、右兩幅子圖。
第三步，預(yù)處理子模塊將縱向切割圖再進(jìn)行橫向切割處理，得到縱、橫切割 后的數(shù)字分割圖像后輸送至智能識別運算子模塊，智能識別運算子模塊根據(jù)數(shù)字 分割圖像進(jìn)行二值化處理后，再對二值化圖像進(jìn)行深化處理。
所述的對二值化圖像進(jìn)行深化處理的具體步驟為-
3.1. 選取多結(jié)構(gòu)元素，令圖像中心點為坐標(biāo)原點(x。，y。;)，則方形結(jié)構(gòu)元素 矩陣為5, ={/(x + x。,_y + >/。),《=/x——A^jc。，>;。 SiV}，其中^-5,(s力，
/ = 0，l，2,...4iV-l， W為自然數(shù)，(s，O為矩陣二維像素坐標(biāo)，a = 180°/4iV， A是
結(jié)構(gòu)元素在矩陣中形成的方向角，簡稱方向角；
3.2. 對圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)變換用^ = 3(^)結(jié)構(gòu)元素對轉(zhuǎn)換后的灰度圖像在 (1，力點的灰度值/ = /(x，力輸入圖像進(jìn)行灰度膨脹運算，膨脹運算的定義 公式為
(/ 5)(x,力=max{/Os ——力+—x，f一力e Z),am/Cs,0 e Z)fl}
再用b的結(jié)構(gòu)元素對/的輸入圖像進(jìn)行灰度腐蝕運算y s ，腐蝕運算的定義
公式為
(，5)(x，力=min {/0 + y + 0 — ， 0|0 + x，"力e Z),0 e DB} 上述兩公式中，D,、 Z^分別是/與5的定義域，
再對上述膨脹和腐蝕運算進(jìn)行結(jié)合得到形態(tài)學(xué)梯度g,00 ，運算公式為
&(/) = (/闊-(飼
其中/與《中/的取值相對應(yīng)；
133.3.對形態(tài)學(xué)梯度g,(/)進(jìn)行加權(quán)合成，獲得合成后的形態(tài)學(xué)梯度"/)
其中z' = l，2,...M， M是方形結(jié)構(gòu)元的個數(shù)，幼是邊緣檢測中不同方向角的權(quán) 重；
3. 4.對合成后的形態(tài)學(xué)梯度g(/)進(jìn)行基于統(tǒng)計學(xué)原理的二值化處理 首先，計算灰度圖像幀平均灰度值A(chǔ)^，再以3x3像素小區(qū)域為單位計算該 區(qū)域中九個像素灰度a,的平均值mfl/":
然后，逐一計算該像素小區(qū)域灰度的平均方差^
最后，逐一將像素小區(qū)域灰度平均方差^與灰度圖像幀平均灰度值Ig^進(jìn)行 比較，按下式確定該像素小區(qū)域取1或0:
其中F(x，^為灰度圖像/G,:0所對應(yīng)的二值化圖像，"為倍數(shù)，由實驗確定。
第四步，偏移判定處理，同時等待監(jiān)控指令，并將監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān)控圖像 分別輸出至聲光警示器及其圖像顯示器。
所述偏移判定的具體步驟為
4.1.鋼巻子區(qū)域圖像的左、右邊界離縱向切割線的最大距離分別為—和i:f
滿足以下公式時，才能保證鋼巻處于穩(wěn)定狀態(tài)，即不會發(fā)生側(cè)翻事故
其中步進(jìn)梁寬度為『"
4.2.為了提高可靠性，實際操作過程必須對公式一增加一個冗余量，即
(公式一)
l丄廠乂
(公式二)
其中4為鋼巻穩(wěn)定裕
單位為空間尺度W附。4.3. 令『8-^4 =『，『為每個鋼巻允許偏差寬度，公式二化簡為
Iz,-z」《『 (公式三)
4.4. 根據(jù)每個鋼巻允許偏差寬度『在相應(yīng)子區(qū)域中的對應(yīng)像素數(shù)f，建立
像素數(shù)和空間尺度的比例關(guān)系A(chǔ)
(公式四)
其中！'為鋼巻的隨機編號，z' = l，2，3,KM W為所有鋼巻的總數(shù)。
4.5. 從而建立左、右邊界在子區(qū)域中的空間尺度分別為^和^,與其所對應(yīng)
的像素數(shù)&和A之間的關(guān)系，即
丄,
<A (公式五) 丄
、"A
4.6. 由公式四、公式五代入公式三得
々，
即
Ip力-A, f (公式七)
公式七就是監(jiān)控鋼巻臨界側(cè)翻的判據(jù)，即以步進(jìn)梁中軸線為準(zhǔn)，觀測各個子 區(qū)域中鋼巻兩側(cè)像素數(shù)/^和A,之差是否小于等于對應(yīng)子區(qū)域中步進(jìn)梁寬度像
素數(shù)f，即可判定當(dāng)前鋼巻是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；
當(dāng)|;^-凡|〉《，就表明第i號區(qū)域中的鋼巻已經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有可能出 現(xiàn)側(cè)翻、倒伏現(xiàn)象，此時，系統(tǒng)立即發(fā)出報警信號以提示現(xiàn)場和控制室工作人員 注意并采取有效矯正措施。
第五步，控制人員根據(jù)聲光警示器及其圖像顯示器輸出的監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān) 控圖像對鋼巻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，當(dāng)側(cè)向偏差超出側(cè)向安全工作范圍時根據(jù)報警 信息實施鋼巻側(cè)向位置矯正。
某軋鋼車間按照上述技術(shù)說明，構(gòu)建并安裝本發(fā)明系統(tǒng)，采用一個CCD攝像 機即可將整個鋼巻步進(jìn)移動線上的景象全部被CCD攝像機的視場角所覆蓋；在鋼
(公式六)巻被步進(jìn)梁托舉、移動、放下的過程中，CCD攝像機實時采集鋼巻的姿態(tài)圖像， 經(jīng)信號處理器的圖像處理和智能運算，本發(fā)明系統(tǒng)準(zhǔn)確監(jiān)控視場內(nèi)每個鋼巻的側(cè) 向偏移狀況，一旦發(fā)現(xiàn)第f個鋼巻出現(xiàn)l;^-j^卜g，系統(tǒng)立即發(fā)出報警信號，準(zhǔn) 確率達(dá)到100%，因此避免所有可能的鋼巻側(cè)向倒伏事件的發(fā)生。
權(quán)利要求
1、一種鋼卷步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，包括CCD攝像機、信號處理器和聲光警示器，其特征在于CCD攝像機安裝于步進(jìn)梁中軸線的上方，CCD攝像機的光軸處于通過步進(jìn)梁中軸線的垂直立面上并與步進(jìn)梁的中軸線相交，CCD攝像機正對鋼卷，使得其視場角能夠覆蓋所監(jiān)視的鋼卷全景，CCD攝像機的輸出接口與信號處理器的圖像信號輸入接口連接以輸出鋼卷移動實時姿態(tài)圖像，信號處理器的數(shù)字信號輸出接口與聲光警示器的數(shù)字信號輸入接口連接以輸出監(jiān)控數(shù)據(jù)和數(shù)字監(jiān)控圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，所述 的信號處理器包括圖像信號輸入接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、圖像處理模塊、監(jiān)控指令輸出接口和數(shù)字圖像輸出接口，其中圖像信號輸入接口的輸入端經(jīng)視頻電纜與CCD攝像機輸出接口相連接收鋼巻移動實時姿態(tài)圖像，圖像信號輸入接口的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口與圖像處理模塊的 輸入端口連接以輸出數(shù)字圖像信號，圖像處理模塊的輸出端口與監(jiān)控指令輸出接 口和數(shù)字圖像輸出接口的輸入端口連接用以輸出監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān)控圖像。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，所述的圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理子模塊和智能識別運算子模塊，其中圖像預(yù) 處理子模塊的輸入端口與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口連接以接收數(shù)字圖像信號，圖 像預(yù)處理子模塊的第一輸出端口與智能識別運算子模塊的輸入端口連接以輸出 數(shù)字分割圖像，圖像預(yù)處理子模塊的第二輸出端口與數(shù)字圖像輸出接口的輸入端 口連接輸出數(shù)字監(jiān)控圖像，智能識別運算子模塊的輸出端口與監(jiān)控指令輸出接口 的輸入端口連接輸出監(jiān)控指令。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，所述 的圖像預(yù)處理子模塊接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的CCD攝像機采集的鋼巻移動 實時姿態(tài)圖像的數(shù)字圖像信號，圖像預(yù)處理子模塊對來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字圖 像信號進(jìn)行增強、畸變矯正和分割處理，將增強與畸變矯正后的數(shù)字圖像通過其 第二輸出端口輸至數(shù)字圖像輸出接口的輸入端口，將分割處理后的數(shù)字分割圖像通過其第 一輸出端口傳輸給智能識別運算子模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，所述 的智能識別運算子模塊，根據(jù)數(shù)字分割圖像運算出當(dāng)前鋼巻是否超出側(cè)向移位的 安全允許范圍，并向聲光警示器發(fā)送監(jiān)控指令。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，所述的聲光警示器包括監(jiān)控指令輸入接口、監(jiān)控圖像輸入接口、譯碼器、數(shù)字語音模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率放大模塊、揚聲器、圖像顯示器、電子開關(guān)器和強光燈，其中監(jiān)控指令輸入接口與信號處理器連接將接收到的監(jiān)控指令輸入到譯碼器的輸入端口，譯碼器的輸出端口與數(shù)字語音模塊的輸入端口連接以傳輸解碼信號，數(shù)字語音模塊的輸出端口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端口連接以傳輸數(shù)字語音信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端口與功率放大模塊的輸入端口連接以傳輸模擬語音信號，功率放大后的語音信號通過功率放大模塊的第一輸出端口輸至揚聲器向外播放語音警示信號，同時由功率放大模塊的第二輸出端口輸出開關(guān)控制信號至電子開關(guān)器用以開通強光燈向外發(fā)射強光警示信號；監(jiān)控圖像輸入接口與信號處理器連接直接接收數(shù)字監(jiān)控圖像；監(jiān)控圖像輸入接口的輸出端與圖像顯示器的輸入接口連接用以顯示數(shù)字監(jiān)控圖像。
7、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法， 其特征在于，包括以下步驟第一步，將CCD攝像機安裝于步進(jìn)梁中軸線的上方，并設(shè)置CCD攝像機的光 軸處于通過步進(jìn)梁中軸線的垂直立面上并與步進(jìn)梁的中軸線相交，然后開啟CCD 攝像機對鋼巻區(qū)域進(jìn)行實時跟蹤，并將拍攝得到的鋼巻移動實時姿態(tài)圖像傳輸至 信號處理器；第二步，信號處理器的圖像信號輸入接口將鋼巻移動實時姿態(tài)圖像傳輸至模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將圖像模擬信號轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)字信號，再將得到的 數(shù)字圖像信號輸出至圖像預(yù)處理子模塊依次進(jìn)行信號增強、畸變矯正和縱向切割 處理，得到增強矯正后的縱向切割圖；第三步，預(yù)處理子模塊將縱向切割圖進(jìn)行橫向切割處理，得到數(shù)字分割圖像 后輸送至智能識別運算子模塊，智能識別運算子模塊根據(jù)數(shù)字分割圖像進(jìn)行二值 化處理后，再對二值化圖像進(jìn)行深化處理；第四步，偏移判定處理，同時等待監(jiān)控指令，并將監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān)控圖像 分別輸出至聲光警示器及其圖像顯示器；第五步，控制人員根據(jù)聲光警示器及其圖像顯示器輸出的監(jiān)控指令和數(shù)字監(jiān) 控圖像對鋼巻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，當(dāng)側(cè)向偏差超出側(cè)向安全工作范圍時根據(jù)報警 信息實施鋼巻側(cè)向位置矯正。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特 征是，所述的縱向切割處理是指對已經(jīng)獲得的鋼巻區(qū)域圖沿著步進(jìn)梁中軸線將 其切割，形成左、右兩幅子圖，當(dāng)CCD攝像機遵照上述第一步的安裝、設(shè)置方式 時，縱向切割顯得簡捷、容易操作，沿著步進(jìn)梁中軸線上點像素的列坐標(biāo)即將鋼 巻區(qū)域圖切割成左、右兩幅子圖。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特 征是，所述的橫向切割處理是指從縱向切割圖中針對每個鋼巻的可見部分進(jìn)行 橫向截取，依次獲得每個鋼巻可見部分的兩半窗口視圖。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼巻步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特 征是，所述的偏移判定的具體步驟為-步驟一.鋼巻子區(qū)域圖像的左、右邊界離縱向切割線的最大距離分別為々和Zf滿足以下公式時，才能保證鋼巻處于穩(wěn)定狀態(tài)，即不會發(fā)生側(cè)翻事故<formula>formula see original document page 4</formula> (公式一)其中步進(jìn)梁寬度為P^;步驟二.對公式一增加一個冗余量，即<formula>formula see original document page 4</formula> (公式二)其中^為鋼巻穩(wěn)定裕量，單位為空間尺度mw;步驟三.令『3-『為每個鋼巻允許偏差寬度，公式二化簡為<formula>formula see original document page 4</formula>(公式三)步驟四.根據(jù)每個鋼巻允許偏差寬度『在相應(yīng)子區(qū)域中的對應(yīng)像素數(shù)f ，建 立像素數(shù)和空間尺度的比例關(guān)系A(chǔ)<formula>formula see original document page 4</formula> (公式四)其中/為鋼巻的隨機編號，Z' = 1，2,3，KM A為所有鋼巻的總數(shù)；步驟五.從而建立左、右邊界在子區(qū)域中的空間尺度分別為、和^與其所對應(yīng)的像素數(shù)&和A,之間的關(guān)系，即一- A (公式五)步驟六.由公式四、公式五代入公式三得A (公式六)艮P (公式七)公式七就是監(jiān)控鋼巻臨界側(cè)翻的判據(jù)，即以步進(jìn)梁中軸線為準(zhǔn)，觀測各個子 區(qū)域中鋼巻兩側(cè)像素數(shù)/^和p 之差是否小于等于對應(yīng)子區(qū)域中步進(jìn)梁寬度像素數(shù)《，即可判定當(dāng)前鋼巻是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)|/^-/^,|>《，就表明第z'號區(qū)域中的鋼巻己經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有可能出現(xiàn)側(cè)翻、倒伏現(xiàn)象，此時，系統(tǒng)立即發(fā)出報警信號以提示現(xiàn)場和控制室工作人員 注意并采取有效矯正措施。
全文摘要
一種自動化生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的一種鋼卷步進(jìn)移位防側(cè)翻監(jiān)控系統(tǒng)，包括CCD攝像機、信號處理器、聲光警示器。CCD攝像機安裝于鋼卷移動上方，光軸與水平線形成一定的角度以確保CCD攝像機的視場角能夠覆蓋所監(jiān)視的鋼卷全景。通過CCD攝像機對鋼卷移動狀態(tài)進(jìn)行實時采像，將采集的鋼卷移動狀態(tài)圖像輸送至信號處理器，通過圖像處理與智能識別運算就能夠準(zhǔn)確判斷鋼卷是否出現(xiàn)側(cè)向偏差，或者超出側(cè)向安全工作范圍，以便向工作人員發(fā)出提示或警報，實現(xiàn)對鋼卷移動姿態(tài)的有效監(jiān)控。
文檔編號G05B19/048GK101625555SQ20091005633
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者應(yīng)俊豪, 張秀彬, 焦東升, 臻 莫 申請人:上海交通大學(xué)