[發(fā)明專利]一種基于單目視覺的提升鋼絲繩空間振動測量方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010697588.6
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN112085787A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 武剛剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/13;G06T5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發(fā)明公開了一種基于單目視覺的提升鋼絲繩空間振動測量方法，主要步驟：通過在垂直鋼絲繩的前后分別安裝攝像機和背景屏，采集鋼絲繩振動圖像序列；對采集到的圖像進行降噪處理；利用邊緣檢測和定位算法確定鋼絲繩的兩條邊緣線在每一幀圖像中的位置；在測量點處加一條垂直于鋼絲繩的虛擬參考線；計算參考線和兩條邊緣線之間交點的坐標，然后計算鋼絲繩實際寬度和像素寬度之間的比例系數(shù)，進而計算鋼絲繩在第一個方向的振動位移；利用擬合的方法確定攝像機與鋼絲繩之間的垂直距離與鋼絲繩像素寬度之間的函數(shù)關(guān)系，進而計算得到鋼絲繩在垂直于第一個方向的振動位移。本發(fā)明以單目視覺裝置測量鋼絲繩在兩個方向上的振動位移，降低了測量的成本。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于提升鋼絲繩動力學分析與測量的技術(shù)領域，尤其涉及一種基于單目視覺的提升鋼絲繩空間振動測量方法。

背景技術(shù)

礦井提升系統(tǒng)的運行是通過提升鋼絲繩在豎直方向進行軸向運動來完成的，所以提升鋼絲繩的動態(tài)特性是衡量提升系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要指標。由于鋼絲繩在高速運行過程中，其剛度和質(zhì)量等參數(shù)都在不斷變化，因此容易發(fā)生振動；此外，導向裝置的故障和天輪的軸向運動都將導致提升鋼絲繩在空間中產(chǎn)生振動。當提升鋼絲繩在同一平面內(nèi)都產(chǎn)生比較的大的振動時，可能導致繩與繩的相互碰撞以及與周圍事物的接觸性干涉，這是極其危險的狀態(tài)，不僅嚴重影響提升系統(tǒng)的安全性，還將加劇提升鋼絲繩的磨損并縮短使用壽命。

目前在提升鋼絲繩振動測量領域，普遍采用的是在鋼絲繩上或附近安裝加速度或位移傳感器，但在實際的礦井中不易安裝實現(xiàn)。例如申請?zhí)枮?01611136480.X的中國專利公開了一種軸向移動繩橫向振動測量裝置及其應用，這種測量方法和鋼絲繩一起運動，在利用激光位移傳感器組測量振動的過程中，由于不知道傳感器本身的振動情況，所以測量精度是無法保障的。為此，申請?zhí)枮?01710550801.9的中國專利公開了一種鋼絲繩橫向振動測量方法，利用高速攝像機和圖像處理算法對鋼絲繩在單方向上的振動進行了測量，避免了傳感器在鋼絲繩上或附近的安裝，降低了成本。但該方法并沒有考慮鋼絲繩在其他方向的振動狀態(tài)，測量精度較低。而申請?zhí)枮?01710551454.1的中國專利，采用兩個攝像機垂直安裝對鋼絲繩的振動圖像進行同時采集，利用相應的圖像處理算法獲取兩組圖像在同一時刻的兩個方向的振動位移。雖然該方法實現(xiàn)了鋼絲繩空間振動位移的計算。但并沒有考慮如何控制兩個攝像機同時拍攝的問題以及兩個方向的振動之間的相互影響。此外，該方法的圖像處理和位移計算過程相對復雜；明顯地，兩臺攝像機的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述的技術(shù)問題，并驗證提升鋼絲繩動力學分析數(shù)學模型的正確性，本發(fā)明提供了一種運動鋼絲繩空間振動的測量方法。應用本方法，減少傳感器設備對提升鋼絲繩振動測量的干擾，提高測量精度；應用單攝像機，不僅避免了兩個攝像機需要同時控制的缺點，而且大大減少了測量的成本。實際中，該方法還能為提升系統(tǒng)可靠性分析、鋼絲繩振動機理和抑制研究提供準確的數(shù)據(jù)支持。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，需要采用相應的設備和圖像處理方法。所采用的技術(shù)方案有如下步驟：

一種基于單目視覺的提升鋼絲繩空間振動測量方法，包含測量裝置，所述測量裝置包含高速攝像機、背景屏和圖像存儲攝像機；其中，攝像機安裝的位置使得其光軸垂直于鋼絲繩最大振動位移的方向，背景屏面與鋼絲繩最大振動位移方向平行；具體包括以下步驟：

步驟1，采用測量裝置對提升鋼絲繩的振動狀態(tài)進行連續(xù)拍攝；

步驟2，對步驟1采集到的圖像進行圖像濾波；

步驟3，通過邊緣檢測算法確定鋼絲繩邊緣，并進行邊緣線的定位，得到邊緣線的直線方程；

步驟4，在測量點位置確定一條垂直于鋼絲繩的虛擬參考線，并分別計算虛擬參考線和兩條邊緣線以及圖像中線之間的交點坐標；

步驟5，利用步驟4中確定的交點坐標確定鋼絲繩的像素寬度，確定實際距離和像素距離之間的比例系數(shù)，進而確定鋼絲繩在第一個方向上的振動位移；