[发明专利]一种基于双目3D视觉的休止角测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种休止角测量方法，特别涉及一种基于双目3D视觉的休止角测量方法。

背景技术

休止角常用来衡量颗粒物质流动性的指数，它与颗粒物质大小、形状、密度、混合率、含水量等因素有关，在干燥、抛光、混合等工业加工过程中，通过在线测量滚筒内颗粒物质的休止角变化，就可以实时掌握物料加工情况，具有非常重要的应用价值。目前测量休止角主要有直尺法和图像处理法。这两种方法容易受条件和操作影响，误差较大，并且这两种方法只能从侧面测量，无法测得表面的休止角。为了精确测量表面的休止角，可采用双目3D视觉测量休止角。双目3D视觉是测量待测物体三维信息的重要方法(尤其是景深的测量)，其主要应用场景是能利用计算机的强大处理能力快速计算物体的空间三维信息。目前双目3D视觉已广泛应用于航天、工业、测量、生活等领域，并越来越多地应用于机器人领域。采用双目3D视觉测量动态休止角将会更精确、快速、方便。

发明内容

本发明是针对目前测量休止角方法容易受条件和操作影响，误差较大的问题，提出了一种基于双目3D视觉的休止角测量方法，可正面测量休止角，可精确地测得休止角及其变化情况。

本发明的技术方案为：一种基于双目3D视觉的休止角测量方法，具体包括如下步骤：1)选定双摄像机装置，两台摄像机参数相同，两台摄像机的光轴平行，两光轴的距离为b，两台摄像机在同水平面并在同一高度，主摄像机坐标系x_c1y_c1z_c1，原点为O_c1，x_c1y_c1z_c1平面平行于水平台，y_c1轴垂直于水平台，滚筒的等效转轴AB平行于x_c1轴，双摄像机装置水平固定于水平台上且正对滚筒内颗粒崩塌面，双摄像机装置接图像采集模块，图像采集模块接计算机；

2)启动滚筒装置，待其转速稳定；

3)打开双摄像机装置、图像采集模块和计算机；

4)图像采集模块通过双摄像机装置的主副摄像机同步等间隔采集颗粒的图像，并传输给计算机；

5)计算机通过对同时刻双摄像机装置采集的两张图像分析，然后进行匹配得到测试颗粒的相同的第i个光点在两张图像中的像素坐标分别为：

计算机将得到的四个变量代入主摄像机坐标系下的坐标和计算机所读取的两个数字图像各像素点坐标的下面关系式中，获取第i个光点在主摄像机坐标系下的坐标(X_C1i，Y_C1i，Z_C1i)，

关系式：

其中成像坐标原点为(u₀，v_o)，f为摄像机的焦距，dx为摄像机中CCD感光颗粒的宽度，dy为摄像机中CCD感光颗粒的长度；

6)对步骤5)两张图像再匹配得到测试颗粒的第j个光点在两张图像中的像素坐标代入步骤5)中关系式得到第j个光点在主摄像机坐标系中的(X_C1j，Y_C1j，Z_C1j)，其中i、j两光点连线平行于x_c1o_c1z_c1平面；

7)将步骤5)和6)的主摄像机坐标系对应两个光点坐标代入公式计算动态休止角θ_k：

8)重复步骤5)～7)计算机取N个“点对”，计算出N个动态休止角θ_k，通过 最小二乘法计算出精确的动态休止角θ。

本发明的有益效果在于：本发明基于双目3D视觉的休止角测量方法，能够从颗粒的正面进行休止角测量，避免了因侧面的滚筒壁摩擦力作用而导致的侧面测量休止角大于中间休止角的问题。

附图说明

图1为摄像机线性成像原理图；

图2为双目3D视觉原理图；

图3为本发明图像坐标于像素坐标的关系图；

图4为本发明基于双目3D视觉的休止角测量原理图；

图5为本发明基于双目3D视觉的休止角测量装置示意图。

具体实施方式

一种动态休止角测量方法，其原理和方法实现如下：

由透镜成像原理可知，摄像机的线性成像模型可以简化为小孔成像模型。则可利用小孔成像原理进行计算：