[发明专利]综采工作面液压支架支撑高度和顶梁倾角测量方法

权利要求书

1.一种综采工作面液压支架支撑高度和顶梁倾角测量方法，其特征在于，包括步骤：

S10、在液压支架顶梁上安装深度相机视觉测量模块，通过深度相机获取包含液压支架底座彩色信息和深度信息的点云图像；所述深度相机视觉测量模块包括深度相机；

S20、采用滤波算法对获得的点云图像进行降噪处理，得到降噪处理后的三维点云数据；

S30、利用点云分割算法对降噪处理后的三维点云进行分割，得到多个不同类别的点云数据聚类；

S40、选择点云特征描述子对点云聚类进行特征描述与提取；

S50、根据预存储的液压支架底座三维模型，在多个点云数据聚类中找出液压支架底座点云数据聚类，完成对液压支架底座点云的识别；

S60、将识别得到的液压支架底座点云与预先存储的液压支架底座数据库点云模型进行配准，根据液压支架的位置信息计算得到实际场景中液压支架底座相对于深度相机的六自由度参数；所述液压支架底座点云包括液压支架的位置信息；

S70、基于得到的液压支架底座相对于深度相机的六自由度参数，再根据深度相机与液压支架顶梁的安装位置关系，得出液压支架支撑高度和顶梁倾角值，以完成对液压支架支撑高度及顶梁倾角的测量；

所述步骤S30具体包括：

S31、根据点云曲率特征提取出目标点云的边界线，得到边界内的点云群S；

S32、构建K-d树以表示点云群S之间的关系；

S33、创建一个空表聚类P及待验证队列Q；

S34、初始化点云群S的参数，具体为：设点云群S中有n个点，其中任意一点为p_i，搜索p_i半径小于的r₀邻域K，若在K邻域范围内的点p_ik被处理过，则加入P，否则加入Q，直到Q中的点全部被处理完，重置Q为空队列；

S35、迭代重复上述各步骤直至点云群S内所有的点都处理完成，实现对三维点云的分割；

所述步骤60具体包括步骤：

S61、从识别得到的液压支架底座点云集S’中选取n’个采样点，将所述采样点的快速点特征直方图特征与液压支架底座数据库点云模型中的点云集M中提取的快速点特征直方图特征进行比对，找出相同的点作为匹配点对；

S62、从找出的所述匹配点对中，选择不共线的3组匹配点对，计算所述3组匹配点对之间的旋转矩阵和平移矩阵；

其中，计算所述3组匹配点对之间的旋转矩阵和平移矩阵步骤为：

设底座实际场景点云和底座点云模型中的点云中一对匹配点坐标分别为P(x₁，y₁，z₁)和P’(x₁’，y₁’，z₁’)，匹配点之间的旋转矩阵为R，平移矩阵为t，则

其中：

式中：底座实际场景点云即为所述的液压支架底座点云集S’，底座点云模型中的点云即为所述的液压支架底座数据库点云模型中的点云集M，

α、β、γ分别为液压支架底座绕绕相机坐标系x、y、z轴旋转的欧拉角，

Δx、Δy、Δz分别为液压支架底座在绕相机坐标系x、y、z轴方向上的位移；

选择所述3组不共线的匹配点对根据上述步骤构建六个方程，求出六个自由度参数α、β、γ、Δx、Δy、Δz；

S63、重复步骤S62，计算出多组所述六自由度参数值，求其均值并作为最终结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S70之后，所述方法还包括：S80、每隔预定时间将测量得到的液压支架支撑高度和顶梁倾角值发送至上位机，以使所述上位机完成液压支架支撑高度和顶梁倾角参数的实时在线监测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S20中采用的滤波算法为双边滤波算法。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S20具体包括：

S21、定义基于空间距离的高斯滤波权重项和像素值权重项；

S22、将高斯滤波权重项和像素值权重项结合，得到基于高斯滤波和像素值权重项的双边滤波结果，以实现对图像的降噪处理。