[發明專利]一種基于視覺的盤煤系統及方法

在審

• 申請號: 202011026737.2
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112150629A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張方;沈潤杰;劉晨旭;李一飛;江其洪;劉龍翔
• 申請（專利權）人: 福建華電可門發電有限公司;上海樞創科技有限公司
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T15/04;G06T5/00
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 李品

本發明公開了一種基于視覺的盤煤系統，包括數據采集模塊和圖像處理模塊，所述數據采集模塊與圖像處理模塊連接；所述數據采集模塊，用于接收無人機獲取的儲煤場的圖像信息以及無人機的POS數據信息，并將圖像信息及無人機的POS數據信息發送至圖像處理模塊；所述圖像處理模塊，用于根據圖像信息以及無人機的POS數據信息基于運動恢復結構算法計算相機的參數，并根據所述參數構建三維稀疏點云模型，根據三維稀疏點云模型進行稠密點云模型重構，并根據稠密點云模型基于三維重構算法以及紋理映射構建煤場的三維模型；再對三維模型中選定區域進行積分計算出煤堆體積，根據選定區域的煤種類和對應的密度計算得到煤堆重量。

技術領域

本發明涉及機器視覺技術領域，尤其涉及一種基于視覺的盤煤系統及方法。

背景技術

盤煤是指火電廠盤點電廠存儲的煤量，傳統的盤煤方法主要是人工盤煤和激光盤煤，人工盤煤只能針對規模較小的儲煤場，采用物料斗或者推機把煤堆整理成規則的長方體或棱臺，然后用皮尺或者更加精密的測量儀器計算煤堆體積，估算出煤儲量；激光盤煤使用激光打點構造三維點云，進一步計算煤儲量，雖然精確高效但成本高、實施難度大，難以進行普及。因此，傳統的煤堆測量存在工作量大、效率低、測量不精確且耗費較高的缺點。

隨著無人機技術的發展普及，無人機空中攝像采集圖像越來越多地應用在測量工作中，隨著三維重建技術的發展，通過無人機低空航攝系統獲取相關數據，再采用三維重建算法生成煤場的三維模型，進而計算出儲煤量成為一種可行方案。

但是現有的采用無人機進行處理時存下下述問題：

1)無人機正射圖像信息量較大，存在豐富的數據量和數據信息彼此參雜，但難以直接使用運動恢復結構算法準確恢復出場景的三維結構，要解決計算效率和準確度的問題；

2)基于二維圖像進行煤場的三維重建，最關鍵的是從圖像序列中解算出相機參數，圖像序列的選取對重建結果影響較大，準確獲取不同角度的圖像序列是一個難點；

3)儲煤場的煤堆形狀不規則，并且規模較大，煤堆現場堆放混亂，使得煤儲量計算極其困難，在堆放過程中部分煤炭質量損失，煤堆密度分布不均，基于三維場景的煤儲量計算準確度值得考究；

4)煤場儲煤管理存在問題，以人工填寫表格為主，煤堆信息匱乏，自動化程度低，導致煤堆的信息融合困難，煤炭種類、堆放位置、相應儲煤量等基礎信息數據較模糊，要使得盤煤更加簡潔便利，需解決煤場的管理問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種基于視覺的盤煤系統及方法，通過無人機攝像采集煤場圖像序列，基于圖像序列使用運動恢復結構算法恢復出場景的三維結構，采用視覺算法將稀疏點云稠密化，最終實現煤堆的三維重構，根據三維模型對煤儲量進行盤點，極大提高盤煤的精確度和效率。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于視覺的盤煤系統，包括數據采集模塊和圖像處理模塊，所述數據采集模塊與圖像處理模塊連接；

所述數據采集模塊，用于接收無人機獲取的儲煤場的圖像信息以及無人機的POS數據信息，并將圖像信息及無人機的POS數據信息發送至圖像處理模塊；

所述圖像處理模塊，用于根據圖像信息以及無人機的POS數據信息基于運動恢復結構算法計算相機的參數，并根據所述參數構建三維稀疏點云模型，根據三維稀疏點云模型進行稠密點云模型重構，并根據稠密點云模型基于三維重構算法以及紋理映射構建煤場的三維模型；再對三維模型中選定區域進行積分計算出煤堆體積，根據選定區域的煤種類和對應的密度計算得到煤堆重量。

進一步的，所述圖像處理模塊中基于運動恢復結構算法計算相機的參數具體為：