[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1693840A [43]公开日2005年11月9日
[21]申请号200510026197.7[22]申请日2005.05.26
[21]申请号200510026197.7
[71]申请人上海交通大学
地址200240上海市闵行区东川路800号
[72]发明人计长安 张秀彬 肖杭 应俊豪 曾国辉 [74]专利代理机构上海交达专利事务所代理人王锡麟 王桂忠
[51]Int.CI 7G01B 11/02G01B 21/02G06T 15/20
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页
[54]发明名称
[57]摘要
一种料场测量的计算机自动测量的视觉系统，
设置在与料堆两端面具有相应高度处的CCD摄像头，
与堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵
向轨道行走的CCD摄像头，在堆取料机上设置移动
视觉采集点，所有的CCD摄像头图像信号通过各自
的视频电缆传输至图像采集卡，图像采集卡通过PC
I 总线与图像处理前端连接，将各个CCD摄像头的图
像信号在图像处理前端中进行图像的数字化信息表
达，图像处理前端输出的图像数字化表达通过IEEE
1394协议接口连接至上位计算机实现图像信息的交
互，实现并输出被测料堆的三维几何尺度。本发明
实现对原料场料堆图像信息的数字化提取，达到原
料堆取及其进料与库存的全程管理与操作自动化水
平。
200510026197.7权 利 要 求 书第1/1页 1、一种料场测量的计算机自动测量的视觉系统，包括：料堆(1)、CCD摄像头(2)、视频电缆(3)、图像采集卡(4)、上位计算机(7)，其特征在于，还包括：图像处理前端(5)、IEEE1394协议接口(6)，料堆(1)连续堆放，或者间隔堆放，设置在与料堆两端面具有相应高度处的CCD摄像头(2)，设置在与堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆侧面展开图像的CCD 摄像头(2)，CCD摄像头(2)的图像信号通过各自的视频电缆(3)传输至图像采集卡(4)，图像采集卡(4)通过P C I总线与图像处理前端(5)连接，将各个C C D 摄像头(2)的图像信号在图像处理前端(5)中进行图像数字化信息表达，图像处理前端(5)输出图像数字化表达通过IEEE1394协议接口(6)连接至上位计算机(7)实现图像信息的交互，实现并输出被测料堆的三维几何尺度。
2、根据权利要求1所述的料场测量的计算机自动测量的视觉系统，其特征是，所述的CCD摄像头(2)分静、动两种布局状态，静态CCD设置在与料堆的纵向端面高度相应位置上固定，动态CCD设置在与堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆侧面展开图像，在堆取料机上设置了广角移动视觉采集点，采集料堆长度及侧面图像。
3、根据权利要求2所述的料场测量的计算机自动测量的视觉系统，其特征是，所述的CCD摄像头(2)分静、动两种布局状态，具体是：2个静态CCD摄像头(2)设置在与料堆两端面附近具有相应高度处，作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像，获得来自互为相反方向上的两帧二维全景图像，4个动态CCD摄像头(2)分别设置在两台堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆两个
侧面展开图像，每个行走底盘上各设置2个CCD摄像头(2)，并水平正交设置。
4、根据权利要求1或2或3所述的料场测量的计算机自动测量的视觉系统，其特征是，所述的CCD摄像头(2)的静、动两种布局状态，其的数量和具体位置确定后，经过静态CCD摄像头(2)设置高度和视场内视距的标定，完成三维重构的同时通过所确定的相邻图素点间距准确计算出被测料场的空间几何尺度。
200510026197.7说 明 书第1/4页
料场测量的计算机自动测量的视觉系统
技术领域
本发明涉及的是一种图像处理技术领域的系统，具体是一种料场测量的计算机自动测量的视觉系统。
背景技术
“料场自动化”是指原料的储入、取出、实时库存计算、场地规划、进料计划等全过程实现自动化技术。无论炼铁企业，还是热力发电厂，原料或固体燃料始终是企业的“粮草”。随着经济全球化的步伐加快，节能与效益已经成为评价企业优化管理的基本性能指标，仅仅理解为操作机械设备自动化是不够的。当前在料场管理的诸多过程，如：物料堆积的堆料机、取料的取料机、料场管理、料场实时库存等，很大
程度上还是依靠人工操作。原料场就是一个物料仓库，如果物料仓库不能做到物料的储入、取出、实时库存计算、场地规划、进料计划等自动化，而仅仅是部分搬运机械自动化，其工作效率远远是不够的。从技术运营层面上讲，大型企业原料场动态管理实际上是一个进料、取料和库存的最优控制过程。对于大型钢铁企业的原料场更是占地面积广，设备多而分散，这给生产作业和生产管理都带来了较大的难度。因此，很大程度上增加了生产和管理的成本。以致管理信息滞后，也给企业造成被动。为此，欧洲、日本、韩国一些钢厂，以及的中国钢铁等一些较大的钢铁企业都在研究料场自动化这一课题。
经对现有技术文献的检索发现，申请专利号：00125483.9潘俊民与陈莹的“大型物料堆体积的图象测量方法”提出：一种大型物料堆体积的图像测量方法，该方法采用CCD摄像机、图像采集卡和PC微机构成计算机视觉处理系统，摄像机在各个方向上拍摄物料堆，图像采集卡对所摄的图像进行数据采集，并在计算机中对多视点采集的图像信息进行处理，以横截面面积叠加求取三维物体体积的方法求得物料堆的体积。对大型物料堆的体积测量误差小于5％。由于该发明采用CCD要从0°、45°、90°、135°等4个以上的不同方向对物料堆进行拍摄取像，同时要求物料堆与摄像机的距离固定，并在物料堆旁设置标尺，其应用条件非常繁琐与苛刻，而
且测量误差也比较偏大，存在较大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种料场测量的计算机自动测量的视觉系统，使其通过图像采集、处理和识别算法实现对原料场料堆图像信息的数字化提取，达到原料堆取及其进料与库存的全程管理与操作自动化水平。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：料堆、CCD摄像头、视频电缆、图像采集卡、图像处理前端、IEEE1394协议接口、上位计算机，CCD摄像头分静、动两种布局状态，静态CCD设置在与料堆的纵向端面高度相应位置上固定，动态CCD设置于堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆侧面展开图像，静、动两种CCD实时将所采集到的图像通过各自的视频电缆传输至图像采集卡，图像采集卡通过PCI总线与图像处理前端连接，将各个CCD 摄像头的图像信号在图像处理前端中进行图像的数字化信息表达，图像处理前端输出的图像数字化表达通过IEEE1394协议接口连接至上位计算机实现图像信息的交互，实现并输出被测料堆的三维几何尺度。
识别运算软件则对上位计算机接收到的源自各个CCD摄像头的图像数字化信息求取公共角点构筑三维图像。识别运算软件采用当前原理清晰、技术最为成熟的双像合成法进行编制。
所述的静、动两种布局状态，是料堆基于计算机视觉的测量技术的物理基础，静态CCD设置在与料堆两端面附近具有相应高度的照明铁塔上，作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像，动态CCD设置在堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆侧面展开图像，也就是在堆取料机上设置移动视觉采集点，采集料堆长度及侧面图像，所有CCD摄像头采集到的实时图像均通过各自的
视频电缆传输至铁塔和堆取料机的行走底盘上带图像采集卡的图像处理前端，图像处理前端装定图像处理软件，实时完成图像背景处理、对象边缘提取等数字化信息表达。
所述的图像处理前端，在完成前端图像数字化信息表达后，将信息通过IEEE1394协议接口输至上位计算机，上位计算机依据来自各个CCD摄像头的图像数字化信息通过识别运算软件求取公共角点构筑三维图像，最终实现并输出被测料堆的三维几何尺度。
本发明利用计算机的识别运算软件是实现对象识别、三维重构、三维几何尺度精确测量的进行运算。动态CCD在对象识别、三维重构、基于计算机视觉的三维尺度精确测量中起到微观信息补充和提高测量精度的作用。
本发明利用静态CCD摄像头采集的两帧来自不同方向的全景图像作为双像合成的基础，利用动态CCD摄像头作为移动视觉对图像细节进行补充，并对测量精度进行数量级的提升，因此可以使整个空间尺度测量精度达到厘米级。 本发明所采用的CCD摄像头分静、动两种布局方式，静态CCD作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像，动态CCD作为移动视觉采集点连续采集料堆侧面展开图像，以及三维重构采用原理清晰、技术最为成熟的双像合成法进行编制，这些技术信息提取简捷，具有明显的性能优越性。
本发明的图像处理周期在60ms以下，识别总周期在2s以下，测量准确度＜1％。这些技术指标均系技术背景所无法达到的。
附图说明
图1本发明系统结构图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：料堆1、CCD摄像头2、视频电缆3、图像采集卡4、图像处理前端5、IEEE1394协议接口6、上位计算机7，料堆1连续堆放，或者间隔堆放，设置在与料堆两端面具有相应高度处的CCD摄像头2，作为高位视觉采集点，采集料堆全景图像，设置在与堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆侧面展开图像的CCD摄像头2，在堆取料机上设置移动视觉采集点，采集料堆长度及侧面图像，所有的CCD摄像头2的图像信号通过各自的视频电缆3传输至图像采集卡4，图像采集卡4通过PCI总线与图像处理前端5连接，将各个CCD摄像头2的图像信号在图像处理前端5中进行图像的数字化信息表达，图像处理前端5输出的图像数字化表达通过IEEE1394协议接口6连接至上位计算机7实现图像信息的交互，实现并输出被测料堆的三维几何尺度。 所述的CCD摄像头2分静、动两种布局状态，静态CCD放置于料堆的纵向端面高度相应位置上固定，动态CCD放置于堆取料机的行走底盘上面向料堆随堆取料机的纵向轨道行走而连续采集料堆侧面展开图像，具体是：2个静态CCD摄像头2安装于料堆两端面附近具有相应高度的照明铁塔上，作为高位视觉采集点，采集料
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议