[發(fā)明專利]提高料面成像面積的高爐內窺鏡安裝位姿配置方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110120319.8
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112837368B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設計）人: 蔣朝輝;易遵輝;桂衛(wèi)華;徐勇;肖鵬;李端發(fā)
• 申請（專利權）人: 中南大學;合肥金星智控科技股份有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/62;G06T7/80
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 易瑤

本發(fā)明公開了一種提高料面成像面積的高爐內窺鏡安裝位姿配置方法及系統(tǒng)，通過建立基于相機坐標系的內窺鏡取像視錐模型，基于內窺鏡的相機坐標系以及世界坐標系，建立料面成像模型，基于內窺鏡取像視錐模型以及料面成像模型，建立內窺鏡位姿與料面有效成像面積的定量模型以及根據(jù)定量模型，配置高爐內窺鏡安裝位姿，解決了現(xiàn)有高爐內窺鏡無法充分發(fā)揮檢測視場性能，導致獲取料面成像面積小的技術問題，不僅揭示了內窺鏡位姿與料面有效成像面積的定量關系，而且能基于該定量關系快速并高效地確定內窺鏡獲取最大料面有效成像面積時的安裝位姿，充分發(fā)揮了高爐內窺鏡的檢測視場性能，大大提高了料面成像面積。

技術領域

本發(fā)明主要涉及高爐冶煉技術領域，特指一種提高料面成像面積的高爐內窺鏡安裝位姿配置方法及系統(tǒng)。

背景技術

高爐煉鐵是鋼鐵原材料生產行業(yè)的核心工序，也是能耗和排放最大的環(huán)節(jié)。而高爐爐頂內的料面形狀決定了爐料與煤氣的接觸面積和冶煉能量利用率等關鍵性能指標，是高爐布料操作的重要參考依據(jù)。高爐內窺鏡可以實時獲取高爐料面的圖像信息，不僅可以監(jiān)控爐內運行狀況，還為料面形狀重構提供了原始數(shù)據(jù)，對保證高爐正常穩(wěn)定運行、精細化高爐布料操作具有重要意義。

高爐爐頂內部空間巨大且高溫高塵，內窺鏡的視場角受冷卻保護裝置的窺孔大小制約，同時為了避免粉塵干擾，內窺鏡必須從高爐側方插入高爐近距離取像，導致獲取的圖像包含料面區(qū)域較小，難以提供充足的參考信息。內窺鏡的安裝位姿是決定料面成像區(qū)域大小的關鍵因素之一，研究高爐內窺鏡安裝位姿配置方法可以有效提高料面成像面積。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供的提高料面成像面積的高爐內窺鏡安裝位姿配置方法及裝置，解決了現(xiàn)有高爐內窺鏡無法充分發(fā)揮檢測視場性能，導致獲取料面成像面積小的技術問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的提高料面成像面積的高爐內窺鏡安裝位姿配置方法包括：

建立基于相機坐標系的內窺鏡取像視錐模型；

基于內窺鏡的相機坐標系以及世界坐標系，建立料面成像模型；

基于內窺鏡取像視錐模型以及料面成像模型，建立內窺鏡位姿與料面有效成像面積的定量模型；

根據(jù)定量模型，配置高爐內窺鏡安裝位姿。

進一步地，基于內窺鏡的相機坐標系以及世界坐標系，建立料面成像模型包括：

根據(jù)目標料面所在的目標平面、內窺鏡光心所在平面以及選取高爐中心線上的點作為原點構建世界坐標系；

基于內窺鏡的相機坐標系以及世界坐標系，通過三維空間坐標系變換，建立料面成像模型。

進一步地，料面成像模型的計算公式為：

其中，X_W、Y_W、Z_W分別代表世界坐標系的X_W軸、Y_W軸和Z_W軸，(x_w，y_w，z_w)代表內窺鏡的光心位置在世界坐標系中的坐標，a代表內窺鏡繞X_W軸的旋轉角度，b代表內窺鏡繞Y_W軸的旋轉角度。

進一步地，基于內窺鏡取像視錐模型以及料面成像模型，建立內窺鏡位姿與料面有效成像面積的定量模型包括：

獲取目標料面區(qū)域，目標料面區(qū)域具體是指目標料面所在的目標平面的區(qū)域；

基于料面成像模型，獲取內窺鏡在目標平面的成像區(qū)域；

根據(jù)目標料面區(qū)域和成像區(qū)域，建立內窺鏡位姿與料面有效成像面積的定量模型。

進一步地，內窺鏡位姿與料面有效成像面積的定量模型具體為：