[發明專利]一種標志點輔助雙目視覺的液壓支架群直線度檢測方法

在審

• 申請號: 202211635318.8
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN115808137A
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 曾慶良;徐文乾;萬麗榮;高魁東;王志文;齊國慶
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 青島鼎丞智佳知識產權代理事務所(普通合伙) 37277
• 代理人: 蘆艷潔

1.一種標志點輔助雙目視覺的液壓支架群直線度檢測方法，其特征在于，待檢測液壓支架的頂梁底部固定設置標志點模組，標志點模組上設置有5個LED標志點，同一標志點模組上的標志點中任意兩點不構成線性相關，不同液壓支架上的標志點的波長與直徑不同；以m臺液壓支架為一組，每組的最末臺液壓支架同時為相鄰組的首臺液壓支架，每組處于中間位置的液壓支架的底座上均設置用于拍攝標志點標靶的雙目相機以及雙目相機的信號處理模塊，雙目相機能夠拍攝包括所在液壓支架在內的m臺液壓支架的標志點模組；調整各雙目相機模塊初始位置狀態，使各雙目相機模塊之間沒有旋轉角，只存在平移關系；

標志點輔助雙目視覺的液壓支架群直線度檢測方法，包括以下步驟：

S1.以工作面端部固定位置建立工作面坐標系O_fX_fY_fZ_f，以雙目相機的中心為坐標原點建立相機坐標系O_cX_cY_cZ_c，以液壓支架的重心為坐標原點建立液壓支架坐標系O_hX_hY_hZ_h，以液壓支架頂梁的重心為坐標原點建立頂梁坐標系O_tX_tY_tZ_t，以標志點模組上5個LED標志點的中心為原點建立標志點坐標系O_mX_mY_mZ_m，以上坐標系的Z軸方向豎直向上，X軸方向指向待采煤壁，Y軸方向平行于采煤機行走方向，坐標系符合右手定則；

S2.確定液壓支架坐標系和頂梁坐標系的相對姿態關系為確定頂梁坐標系和標志點坐標系之間的相對姿態關系為其中，i表示液壓支架的編號；

S3.確定工作面坐標系與第一臺雙目相機模塊的相機坐標系之間的相對姿態關系為液壓支架上一點在液壓支架坐標系中坐標P_hi與在標志點坐標系中坐標P_mi的相對坐標變換關系可以表示為：

S4.雙目相機針對標志點標靶拍攝照片，并將照片輸入信號處理模塊；

S5.信號處理模塊對標志點進行基于卷積神經網絡的目標檢測，將標志點根據所屬的液壓支架進行分組和編號；對標志點進行二值化處理和形態學處理，計算標志點的中心點二維坐標；

S6.利用立體視覺原理，對雙目相機拍攝的同一標志點標靶中的標志點進行立體匹配，得到各標志點在相應的液壓支架的雙目相機的相機坐標系下的三維空間坐標；

S7.以工作面第一臺液壓支架的標志點坐標系為待測坐標系，以工作面第一臺雙目相機的相機坐標系為基準坐標系，利用對偶四元數方法，求解待測坐標系在基準坐標系下的姿態變換關系對姿態齊次矩陣進行解耦，得到姿態參數0，即第一臺液壓支架的標志點坐標系相對于第一臺液壓支架雙目相機模塊的相機坐標系的旋轉角和平移向量；

S8.根據液壓支架坐標系、頂梁坐標系、標志點坐標系和工作面坐標系之間的關系，可以求解第1臺液壓支架上一點在其液壓支架坐標系中坐標P_h1與在工作面坐標系中坐標P_f的相對變換關系，也就是第1臺液壓支架與工作面坐標系的姿態變換關系可以表示為

S9.根據各標志點在對應相機坐標系下的三維坐標，以第i臺液壓支架的標志點坐標系為基準坐標系，以第i+1臺液壓支架的標志點坐標系為待測坐標系，利用對偶四元數方法，求解待測坐標系在基準坐標系下的姿態變換關系并結合已預先確定的姿態關系，求解得到第i+1臺液壓支架與第i臺液壓支架的姿態變換關系對姿態齊次矩陣進行解耦，得到姿態參數i，即第i+1臺液壓支架的標志點坐標系相對于第i臺液壓支架的標志點坐標系的旋轉角和平移向量

S10.結合工作面坐標系與第一臺雙目相機模塊的相機坐標系的相對關系、姿態參數0、姿態參數i，進行直線度串聯，即可以解算各液壓支架在工作面坐標系下的姿態變換關系

S11.對齊次矩陣解耦，分別得到各液壓支架相對于工作面坐標系原點的旋轉矩陣R和平移向量T，即可以作為各液壓支架的直線度參數；

S12.儲存當前直線度參數，重復步驟S4至步驟S11，進行新的直線度解算。