[发明专利]一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明为一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法，属于机器视觉、立体测量和自动化领域，用于快速正确获得煤仓料位的深度信息。

背景技术

煤仓料位的检测是煤矿安全生产的重要措施，随着煤源源不断地送入煤仓，煤面离煤仓顶部的距离越来越小，如不及时停止加煤，就有可能溢出，造成煤堆积，从而引发胶带输送机头积煤埋压和胶带机重载启动现象，进而引发一系列重大事故；如果煤下降到规定的最低料位后，如果不及时停止卸煤，一方面其下口结构受冲击而破坏，另一方面可能造成下部工作人员伤亡事故。同时，还可能由于贮仓上下口风流负压而造成的漏风和煤尘粉尘的飞扬，造成粉尘浓度急剧增加，可能造成爆炸，酿成煤矿事故。因此，煤仓煤位的检测非常重要，通过实时检测煤仓的煤位，掌握煤仓储煤量情况，便于控制各部胶带机的送煤量，杜绝了煤仓堆煤事故的发生，消除隐患，实现安全运输生产。

目前常用的煤仓料位检测方法有：重锤式、电极式、电容式、机杆式、称重式、回转翼轮式、雷达式、超声波式、激光式、核子式等。其中重锤式、电极式、电容式、机杆式、称重式和回转翼轮式属于接触式测量方法，其余的为非接触式测量方法。最常用的有基于射频电容技术、基于超声波技术和基于雷达技术的三种测量方法，基于射频电容技术测量方法将一个无线电频率发送到探头上，通过连续的分析电容量的变化来实现测量；基于超声波技术的测量方法利用超声波发送和接受的时间差来实现测量；基于雷达技术的测量方法利用电磁波的发射波与反射波时间差来实现测量。

中国专利申请号200710038493.8，公开日2008.9.24，公开了一种基于机器视觉的非接触式连续测量小颗粒状物质料位的高可信度方法及其装置，装置由特殊点光源、图像采集机、机器视觉模块等组成，图像采集机采集由点光源发射出的光束在物料表面形成的高亮度光圆图像，通过机器视觉模块采用验证型光圆检测算法进行分析和处理，计算出光圆的直径或面积大小，进而获得物料值，从而实现物料测量。

中国专利申请号01107328.4，公开日2002.11.6，公开了一种数字视频料位计，由视频输入器、图像采集卡、微处理器和显示屏等相互连接而成，把视频输入器对准被测物料，视频输入器又连接到图像采集卡的视频输入端，微处理器控制图像采集卡按用户设定的采样周期采集料位图像、并对图像进行处理，将分析的料位坐标值与标定的刻度计比较计算出料位真实值，同时将料位图像、料位真实值以及该值的变化趋势显示在显示屏上。

目前存在的煤仓料位测量方法有多种，这些方法和设备有着以下问题。

1)接触性测量方法由于探头接触物料，易粘住物料和损坏，而且大部分方法测量距离也比较小，重锤式料位传感器多是机械式的，包括显示部分整个结构很复杂，工作可靠性差，易出故障。

2)非接触式的测量方法，一旦测量头污染，测量精度大幅度下降，且该类方法一般要求煤面形状规则，内表面光滑，且测量盲区较大，测量精度不稳定，另外波传播时，仓内湿度也影响测量精度，且很多方法对煤仓的直径与深度比有一定的要求。

3)基于光圆图像的测距方法，由于成像存在太多盲点和图像的多解析性，特别煤的成分，颗粒度等差别，可能在缺失光斑或缺少光斑的大部分信息，因而测量误差大，鲁棒性低；

4)主动性差；由于煤仓的高深度，无光、煤的颗粒程度差别很大，无明显一致的特征，主动性差。

5)不易部署，在井下煤仓的有限位置部署，基于PC的视觉系统，比较困难，且很难实现煤矿安全生产的特性。

为了提高煤仓料位测量的主动性，高精度，实时获得煤仓中煤的深度信息，且成本低廉，本发明提供了一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法，它利用激光器对提供主动光源，解决了高深煤仓煤质特征复杂的问题，且激光束的方向可变，有效地解决了光斑缺少的问题。用单个相机检测光斑点的间距，进而实现煤仓料位的测量，用较低的成本实现了较高的测量精度和高实时性。