[發明專利]一種懸臂式掘進機截割頭位姿視覺測量方法

有效

• 申請號: 201710443405.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107316288B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 張旭輝;劉永偉;楊文娟;王冬曼;毛清華;杜昱陽
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/62;G06T7/70
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

本發明公開了一種懸臂式掘進機截割頭位姿視覺測量方法，在掘進機截割頭處安置方形定位標識，并通過固定安裝在掘進機機身上的攝像機對掘進機圖像進行采集；對采集得到的目標圖像進行降噪處理，提取降噪處理后圖像中的定位標識；對定位標識進行邊緣直線擬合，得到定位標識的四個頂點坐標；計算掘進機截割部的水平擺動角和上下抬升角，即掘進機截割頭位的位姿；本發明方法能準確測量出掘進機圖像中截割部的水平擺動角和上下抬升角,為掘進機截割頭的位置測量提供必要的技術支持,具有顯著的經濟效益和較高的工程應用價值。

技術領域

本發明屬于礦用設備運行狀態監測領域，尤其涉及一種懸臂式掘進機截割頭位姿視覺測量方法。

背景技術

掘進機截割部旋轉和抬升角度是掘進機工況的重要參數，因此掘進機角度檢測非常必要。目前國內掘進機自動化程度低，機身及截割頭自主定位技術落后，嚴重限制了自動截割系統的發展。目前常用接觸式測量方法，這樣方法往往無法滿足工況要求，還使用旋轉編碼器對掘進機在工況條件下的旋轉和抬升角度進行測量，這種測量方法存在較大的誤差且安裝困難。

發明內容

針對現有制備技術的缺陷和不足，本發明的目的是提供一種懸臂式掘進機截割頭位姿視覺測量方法，能夠自動測量出掘進機視頻圖像中截割部的旋轉角和抬升角，為煤礦井下掘進機截割部角度測量提供必要的技術支持。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種懸臂式掘進機截割頭位姿視覺測量方法，包括以下步驟：

步驟一：在掘進機截割頭處安置方形定位標識，并通過攝像機對掘進機圖像進行采集；

步驟二：對采集得到的目標圖像進行降噪處理，提取降噪處理后圖像中的定位標識；

步驟三：對定位標識進行邊緣直線擬合，得到定位標識的四個頂點坐標，具體步驟為：

步驟3.1：對定位標識按照設定的中心間距和大小分布感受野，采用(r*2+1)*(r*2+1)的掩模，r為感受野細胞半徑，掩模中心與感受野細胞中心重合；

步驟3.2：利用梯度算子計算每個感受野掩模梯度方向，通過掩模梯度方向對每個感受野方向進行定性判斷，從而分別劃分出定位標識的上邊緣、下邊緣、左邊緣和右邊緣上分布的感受野細胞；

步驟3.3：利用感受野模型，計算上邊緣方向各個感受野的響應值，根據單個感受野內像素點形成的對比邊緣位置與感受野中心距離的關系，確定每個感受野中心到感受野內對比邊緣的距離，然后利用帶約束的最小二乘法模型擬合出定位標識上邊緣所在直線；

步驟3.4：重復步驟3.3，分別對定位標識的下邊緣、左邊緣、右邊緣所在直線進行擬合；

步驟3.5：根據擬合的上邊緣、下邊緣、左邊緣和右邊緣四條直線方程，得到定位標識的四個頂點坐標；

步驟四：計算掘進機截截割頭的位姿；

步驟4.1：根據步驟三得到定位標識的四個頂點坐標，將其轉化為圖像坐標，根據圖像坐標與光心坐標的關系，計算定位標識的法向量；

其中，為定位標識的法向量，a∈i，b∈i，c∈i，a≠b≠c，i＝1，2，3，4；

(X_i，Y_i，Z_i)為定位標識頂點的光心坐標，(x_i，y_i)為定位標識頂點的圖像坐標，C為攝像機的有效焦距；