[发明专利]一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影三维测量方法

说明书

本发明公开了一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影三维测量方法，该方法包括以下步骤：1投影两幅灰度图到异物表面，相机采集图像，计算环境光强与表面反射率，进一步计算相机坐标系下的自适应投影强度。2投影一幅散斑图像，根据反射率优化采集的散斑图，并建立投影与采集图像的像素匹配关系。3根据像素匹配关系将相机坐标系下的自适应投影强度对应到投影仪坐标系下，进一步生成自适应投影条纹图，投影到异物表面，测得异物三维信息。4根据三维信息检测皮带机表面异物。本发明的方法避免了传统条纹投影三维测量方法在测量高反光物体时测量失败的问题，适用于皮带机表面存在锚杆、铁丝网等金属异物的测量问题。

技术领域

本发明属于条纹投影三维测量技术领域，具体涉及一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影三维测量方法。

背景技术

煤矿运输环境复杂，运输过程中皮带输送机容易受到锚杆、铁丝网、大块矸石等异物的破坏，导致煤矿经济损失甚至引发安全事故，因此煤矿皮带输送机传输中异物检测尤为重要。传统检测方式主要包括人工检测、雷达探测、金属探测等，人工检测效率低且存在安全隐患，雷达探测成本高且维护困难，金属探测检测类型受限。此外，图像识别技术是目前热门研究方向并具有不错的检测效果。但是图像识别技术基于二维图像进行检测，若能采用三维信息进行识别，增加异物特征信息量，将会带来更好的检测效果。

条纹投影三维测量技术相较于传统测量手段具有速度快、成本低、非接触等优点，广泛应用于工业检测、文物保护、医学诊断、逆向工程等领域。通过数字投影仪将标准正余弦条纹投射到被测物体表面，经物体调制后，相机采集变形条纹信息并传输到计算机，经过相位计算、高度信息转换等相应算法，得到物体三维信息。

应用条纹投影三维测量技术在实际测量皮带机表面异物时，由于存在锚杆铁丝网等高反光金属物体，采用传统方法所采集到的条纹图信息较差，导致测量失败的问题。针对高反光物体的测量，一部分研究者提出了基于相机的多重曝光法，然而多重曝光法需要多次采集相移条纹图测量效率较低，一部分研究者提出了基于投影仪的投影强度调整法，然而像素匹配是其中的难点，根据相位信息匹配的方法需要额外投影正交条纹图，所需投影的图像数量太多，影响了测量效率，而根据单应矩阵匹配的方法在非平面区域建立的关系不准确。

发明内容

发明目的：为解决传统煤矿皮带输送机异物检测在检测效率、成本及检测效果上的不足，并且弥补图像处理方式信息量较少的缺点，提出采用条纹投影测量煤矿皮带输送机上物体三维信息，以增加异物特征信息量，提升检测效果。针对皮带输送机传输异物中存在锚杆铁丝网等高反光物体的测量需求，为了解决传统条纹投影三维测量方法无法测量高反光物体的问题，本发明提供了一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影三维测量方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影三维测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1：投影仪投影灰度为0和g的两幅灰度图像到异物表面，相机采集图像，相机曝光时间设置为t₁保证投影灰度为g时相机采集的图像不过曝，根据这两幅投影图像和采集图像的强度计算环境光强和表面反射率。确定相机最佳曝光时间t_o使得投影图像最亮时相机采集的图像不过曝，根据环境光强和表面反射率求出在最佳曝光时间t_o下使相机采集图像强度达到预设值所需的相机坐标系下的自适应投影强度；

步骤2：投影仪将一幅散斑图像投影到异物表面，相机采集图像，相机曝光时间设置为t_s保证相机采集的散斑图案清晰，根据步骤1计算出的环境光强和表面反射率对采集的散斑图进行优化，根据投影散斑图和优化散斑图确定投影仪和相机的像素匹配关系；