[發(fā)明專利]一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010985349.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112127896B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 張曉平;謝維強;劉泉聲
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/087;E21D9/12;E21F17/18;G06K9/00;G06K9/20;G06K9/34;G06K9/46;H04N7/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

1.一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：視覺傳感器(1)、TBM配套皮帶(2)、控制器(3)、TBM操作室顯示器(4)；其中：

TBM配套皮帶(2)用于對巖渣進行運輸；TBM配套皮帶(2)上平行設置有采用不同顏色和寬度的條紋，用于判斷多個視覺傳感器(1)抓拍的照片區(qū)域是否一致；

視覺傳感器(1)有多個，分別等間距的設置在TBM皮帶機(5)的正上方，視覺傳感器(1)用于采集TBM配套皮帶(2)上的巖渣圖像；

控制器(3)一端與多個視覺傳感器(1)均相連，另一端與TBM操作室顯示器(4)相連；控制器(3)用于對條紋上的巖渣圖像進行處理以獲得渣料中各巖渣的形狀和大小；

TBM操作室顯示器(4)用于顯示巖渣信息；

對圖像進行處理的具體方法為：

(1)圖像識別：將每個工業(yè)相機在皮帶上不同位置捕捉的照片進行比對，確定區(qū)域是否一致；

利用皮帶上顏色和寬度不同的條紋，以第一個工業(yè)相機拍攝的照片為基礎，之后的每個工業(yè)相機出現(xiàn)的條紋顏色順序、顏色寬度應與第一個工業(yè)相機照片中的一致；具體控制方程為：

n＝RGB_number(1)；W_1b＝RGB_width(b)

W_ab＝RGB_wiath(ab)＝W_1b

式中，n為第一個工業(yè)相機拍攝的照片中皮帶上條紋數(shù)目，W_1b為第一個工業(yè)相機拍攝的照片中第b個條紋的寬度，1≤b≤n；W_ab為第a個工業(yè)相機拍攝的照片中第b個條紋的寬度，1≤a≤m，m為工業(yè)相機個數(shù)；RGB_number和RGB_width分別表示提取照片中顏色數(shù)量和寬度的算法；

(2)灰度處理：將RGB圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；具體實現(xiàn)如下：

g(i，j)＝0.299R(i，j)+0.587G(i，j)+0.114B(i，j)

式中，g(i，j)表示轉(zhuǎn)化后的灰度圖像在點(i，j)處的灰度值，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分別表示轉(zhuǎn)化前彩色圖像在點(i，j)處的基色分量；

(3)二值化處理：將巖渣圖像轉(zhuǎn)化為黑白圖，便于后續(xù)提取巖塊參數(shù)；具體實現(xiàn)如下：

μ＝u₁ω₁+u₂ω₂

g＝ω₁(μ-μ₁)²+ω₂(μ-μ₂)²

圖像中，前景即目標和背景的分割閾值記作T，ω₁為前景圖像中灰度＞T占整幅圖像的比例，u₁為前景圖像的平均灰度；ω₂為背景圖像中灰度＜T占整幅圖像的比例，u₂為背景圖像的平均灰度；μ為圖像的總體平均灰度；g為類間方差；當g達到最大值，最佳二值化處理完成；

(4)參數(shù)提取：從二值化圖像中提取二維參數(shù)；具體實現(xiàn)如下：

式中，L_2D為巖渣的二維長，W_2D為巖渣的二維長，(x₁，y₁)和(x₂，y₂)兩點為巖渣二值化輪廓上的切線交點；P為二值化輪廓周長，A為輪廓面積，f(x，y)為輪廓函數(shù)；

(5)估算巖渣三維參數(shù)：利用所獲取的二維參數(shù)估算巖渣三維參數(shù)；具體實現(xiàn)如下：

L_3D＝0.94L_2Dmax

W_3D＝1.04L_2Dmin

T_3D＝1.11W_2Dmin

V＝0.54A^1.5

SA＝3.96A²

式中，L_3D為巖渣的三維長，W_3D為巖渣的三維寬，T_3D為巖渣的三維寬；L_2Dmax為多個工業(yè)相機拍攝到的同一巖渣種，最大輪廓面積中的二維長，L_2Dmin為最小輪廓面積中的二維長，W_2Dmin為最小輪廓面積中的二維寬；V為巖渣體積；SA為巖渣表面積。