[發(fā)明專利]實現(xiàn)料堆實時動態(tài)跟蹤的三維成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710042774.0
• 申請日: 2007-06-27
• 公開（公告）號: CN101334897A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡玉良;張逸國;肖蘇;張子才;吳剛;孔利明;伍文宇;陳在根;顧奕華;施明星;金云
• 申請（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司;上海寶信軟件股份有限公司
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G01B11/03
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 鄭明輝

1.一種實現(xiàn)料堆實時動態(tài)跟蹤的三維成像方法，其特征是：利用堆取料機(jī)的走行、俯仰、回旋運動，帶動安裝在堆取料機(jī)懸臂前方的激光掃描裝置對料堆進(jìn)行動態(tài)掃描，堆取料機(jī)實時運動狀態(tài)數(shù)據(jù)是通過堆取料機(jī)的走行、俯仰、回旋編碼器輸出的走行值、俯仰角度、回旋角度獲得，堆取料機(jī)懸臂的動作反應(yīng)在俯仰角度、回旋角度的變化上；對獲得的激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)化、網(wǎng)格規(guī)范化處理、插值處理后生成規(guī)則的三維數(shù)據(jù)，最終生成整個料場的完整網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫；

由三維成像控件從數(shù)據(jù)庫中讀出料場網(wǎng)格坐標(biāo)信息，以料場為圖像顯示區(qū)域、料場地面為顯示基面，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)還原，完成料堆三維圖像顯示；

并實時更新數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)內(nèi)容的變化觸發(fā)三維成像控件從數(shù)據(jù)庫讀取一次數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)終端顯示的三維料場圖像實時動態(tài)更新；

所述數(shù)據(jù)預(yù)處理的過程是，

激光掃描裝置采集的數(shù)據(jù)是發(fā)射光心在0到180度范圍內(nèi)，周期性的以每0.5度或0.25度發(fā)射角度間隔發(fā)射光束，通過測量發(fā)射光束與料堆表面反射光束的時間差得出激光掃描裝置發(fā)射光心到料堆反射表面空間距離；

激光掃描裝置安裝相對位置數(shù)據(jù)是激光掃描裝置到俯仰軸的距離，俯仰角度在零度時激光掃描裝置相對于地面的高度；

堆取料機(jī)實時運動狀態(tài)數(shù)據(jù)與激光掃描裝置采集的數(shù)據(jù)在時間上實現(xiàn)同步匹配，堆取料機(jī)走行、俯仰、回旋編碼器的數(shù)據(jù)刷新與激光掃描裝置的數(shù)據(jù)刷新兩者的數(shù)據(jù)匹配原則是以激光掃描數(shù)據(jù)的時間為準(zhǔn)，用最接近該時間的編碼器數(shù)據(jù)去匹配激光掃描數(shù)據(jù)，這樣每個時刻激光掃描數(shù)據(jù)都與編碼器的信息建立了對應(yīng)關(guān)系；

所述數(shù)據(jù)坐標(biāo)化處理過程是，

首先以激光掃描裝置為原點建立坐標(biāo)系，某一時刻來自激光掃描裝置的距離值和對應(yīng)的發(fā)射角度值放入此坐標(biāo)系下；

隨后對應(yīng)料場建立料場坐標(biāo)系，沿堆取料機(jī)走行軌道方向作為Y軸，平行料場地面并垂直軌道方向為X軸，垂直料場地面方向為Z軸；

料場坐標(biāo)系的原點與堆取料機(jī)走行值的原點重合，以堆取料機(jī)俯仰軸中心作為相對基點；

安裝于堆取料機(jī)懸臂上的激光掃描裝置在當(dāng)前時刻在料場坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)(x`，y`，z`)：

x`≈s`cosφsinθ，

y`≈s`cosφcosθ+S，

z`≈h+s`sinφ或z`≈h-s`sinφ

式中：s`：激光掃描裝置到相對基點的空間距離，

φ：當(dāng)前時刻俯仰編碼器輸出的俯仰角度值，

θ：回轉(zhuǎn)編碼器輸出的回轉(zhuǎn)角度值，

h：激光掃描裝置在俯仰角度為0度時相對于地面的高度，

S：走行編碼器輸出的走行值；

根據(jù)當(dāng)前時刻激光掃描數(shù)據(jù)與編碼器的信息的對應(yīng)關(guān)系，將當(dāng)前時刻料堆表面被測點的一組數(shù)據(jù)從激光掃描裝置坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換成料場坐標(biāo)系下；在料場坐標(biāo)系下，料堆表面一個被測點坐標(biāo)值中的x、y值為被測點在料場平面的兩維坐標(biāo)位置，被測點z值為對應(yīng)此x、y值時被測點的高度值；

所述網(wǎng)格規(guī)范化處理過程是，

對激光掃描裝置采集的所有測量點坐標(biāo)值進(jìn)行均勻網(wǎng)格化處理，即在料場平面坐標(biāo)下，在料場長度和寬度范圍內(nèi)沿軌道方向即Y軸、和沿垂直軌道方向即X軸，每間隔一定距離對整個料場進(jìn)行等分，這樣在料場的有效堆放范圍內(nèi)形成一個個大小面積相等均勻分布的網(wǎng)格，實現(xiàn)料場的數(shù)字化分割；

對測量點落在網(wǎng)格中的點數(shù)量進(jìn)行規(guī)范化整合處理，保證每個網(wǎng)格只對應(yīng)一個坐標(biāo)值；

如果落在同一網(wǎng)格內(nèi)有多個測量點數(shù)據(jù)，則對這些測量點的高度z求平均值作為網(wǎng)格點的z值，且規(guī)定網(wǎng)格點的x，y坐標(biāo)為每個網(wǎng)格中心，最后以新坐標(biāo)點作為落在此網(wǎng)格內(nèi)的測量點坐標(biāo)；

規(guī)范化處理后的網(wǎng)格在數(shù)學(xué)上可以表示為一個矩陣，在計算機(jī)實現(xiàn)中則是一個二維數(shù)組；每個網(wǎng)格單元或數(shù)組的一個元素，對應(yīng)一個高度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)料堆實時動態(tài)跟蹤的三維成像方法，其特征是：對于網(wǎng)格中沒有數(shù)據(jù)的情況采用插值處理，即進(jìn)行線性模板計算；也就是：遍歷二維數(shù)組中是否有未賦值的網(wǎng)格，如有，則應(yīng)用線性模板進(jìn)行處理；

假設(shè)某個網(wǎng)格點的高度z表達(dá)為G(x，y)，x，y為網(wǎng)格坐標(biāo)，則模板處理的數(shù)學(xué)表達(dá)為：

G(x，y)＝(G(x-1，y)+G(x，y-1)+G(x+1，y)+G(x，y+1))/4

當(dāng)需要插值的點相鄰時，可先假設(shè)兩點相等；

當(dāng)需要插值的點在邊緣時，上述處理略有變化：

對于左邊緣點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x-1，y)+G(x+1，y)+G(x，y+1))/3

對于右邊緣點，處理公式為：

G(x，y)＝G(x-1，y)+G(x+1，y)+G(x，y-1))/3

對于上邊緣點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x-1，y)+G(x，y-1)+G(x，y+1))/3

對于下邊緣點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x，y-1)+G(x+1，y)+G(x，y+1))/3

當(dāng)需要插值的點在角點處時：

對于左上角點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x-1，y)+G(x，y+1))/2

對于右上角點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x-1，y)+G(x，y-1))/2

對于左下角點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x，y+1)+G(x+1，y))/2

對于右下角點，處理公式為：

G(x，y)＝(G(x，y-1)+G(x+1，y))/2。