[發明專利]基于單目相機深度估計的砂石粒形分析方法

在審

• 申請號: 202310598023.6
• 申請日: 2023-05-25
• 公開（公告）號: CN116503458A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 吳銳;郝望丞;黃慶成;劉鵬;金野;秦宋林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T7/50
• 分類號: G06T7/50;G06T7/00;G06T7/11;G06V10/774;G06V10/82;G06T7/593;G06T7/80
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 范欣

本發明公開了基于單目相機深度估計的砂石粒形分析方法，包括以下步驟：步驟一，圖像采集；步驟二，單目深度估計；步驟三，實例分割；步驟四，計算三維坐標；步驟五，粒形表征；步驟六，輸出結果；相較于現有的人工評估砂石粒形的方法，本發明通過自動化的圖像采集設備采集砂石骨料堆的二維圖像信息，利用計算機算法技術對二維圖像信息進行分析處理，實現以非接觸式的、智能化、綠色化的方法對二維骨料圖像進行深度估計，并對骨料粒形進行表征，從而得出砂石骨料粒形的分布情況，實現對砂石骨料的質量評估，該方法排除了人工評估帶來的主觀性影響，降低評估人員的勞動強度，幫助礦山企業提高工作效率以及提升經濟效益。

技術領域

本發明涉及采礦業技術領域，具體為基于單目相機深度估計的砂石粒形分析方法。

背景技術

不同的粒形對應不同的砂石骨料品質，有著不同的建筑用途，直接決定產品的經濟價值，許多類型的建筑材料，包括混凝土、瀝青和砂漿，都使用砂石骨料作為主要成分。在混凝土制造方面，將類球狀砂石骨料用于混凝土可降低生產成本并增加混凝土混合物的抗性，在建筑材料制作方面，使用質量較差的針狀、片狀砂石骨料制作的建筑材料的安全系數較低，而使用接近球狀的砂石骨料制作的建筑材料安全系數較高。因此，針片狀的骨料經濟價值也遠低于類球狀骨料。所以不論在經濟價值方面還是安全方面，骨料的粒形分析和粒度分布情況都顯得尤為重要。

現有技術中，在破碎后的砂石骨料粒形評估方面，國內礦山仍以人工評估為主，人工評估雖然在技術上十分成熟，但每次計算的樣本數量有限，人工主觀性強，且勞動強度大，效率低下。

發明內容

本發明的目的在于提供基于單目相機深度估計的砂石粒形分析方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：基于單目相機深度估計的砂石粒形分析方法，包括以下步驟：步驟一，圖像采集；步驟二，單目深度估計；步驟三，實例分割；步驟四，計算三維坐標；步驟五，粒形表征；步驟六，輸出結果；

其中在上述步驟一中，利用工業相機采集砂石骨料堆的二維圖像；

其中在上述步驟二中，采用單目深度估計算法處理步驟一中所得到的二維砂石骨料堆圖像，輸出與之對應的深度圖，深度圖中每個像素值為相機到該點的距離；

其中在上述步驟三中，采用基于Mask?R-CNN的實例分割算法對步驟一中所得到的二維砂石骨料堆圖像進行實例分割，輸出分割后的掩碼圖；

其中在上述步驟四中，在已知相機內參矩陣的條件下，根據深度值與每個砂石骨料的掩碼圖，可以根據坐標系轉換原理計算出每個掩碼區域所有像素點的三維坐標(相機坐標系下)；

其中在上述步驟五中，根據步驟四所得到的每個掩碼區域所有像素點的三維坐標獲取每個砂石骨料顆粒的三維點云，據此估計砂石骨料顆粒的長軸L、中軸I和短軸S，并采用扁平率、Wentworh扁平系數、KrumBein球度三種粒形表征方式對砂石骨料粒形進行表征，據此計算出每個砂石骨料的粒形表征值；

其中在上述步驟六中，根據步驟五中得到的砂石骨料的粒形表征值，統計原輸入二維圖像砂石骨料粒形的分布情況，并輸出分析結果。

優選的，所述步驟一中，工業相機通過金屬框架垂直部署在砂石骨料傳送帶上方，工業相機兩側還部署了兩臺工業光照設備用于照明，同時除塵風扇也固定在相機一側，用于除塵，工業相機所采集的圖像信息傳輸至嵌入式計算平臺，利用砂石骨料粒形分析軟件進行分析。