[发明专利]立体视觉盘煤方法

摘要

本发明公开了一种用于测量煤场存煤的立体视觉盘煤方法：首先在煤堆上方安装成对摄像机，并测得摄像机光心和光学平台的距离，用摄像机对其进行拍摄，沿光轴方向将摄像机边移动边拍摄，再以摄像机中心连线及光轴为参照，对煤堆拍摄，得到煤堆图像，通过构成煤堆图像的像点变换得到理论像点，再运算得到消除畸变后的煤堆图像并对其进行边缘检测，提取边缘点信息，以摄像机图像中边缘点的9领域为匹配模版，计算匹配模版与所覆盖子图之间的相似程度或相关系数，选择共轭点并和它在左右摄像图像上投影点的关系，获得其空间位置，拟合出煤堆的空间曲面，并计算出煤堆的体积和重量；本发明具有高测量精度低测量设备成本等优点。

主权项

1、一种用于测量煤场存煤的立体视觉盘煤方法，其特征在于：(1)在煤堆上方安装成对摄像机，调整摄像机，使摄像机光轴和光学平台垂直，并测得摄像机光心和光学平台的距离Z，以光学平台上的点作为参考点，用摄像机对其进行拍摄，得到一组点((u1，v1)，(u2，v2)，.......，(un，vn))；然后，沿光轴方向将摄像机移动一段距离d，再对光学平台进行拍摄，得到第二组点((u1’，v1’)，(u2’，v2’)，.......，(un’，vn’))，利用公式$Q(u_1^{\prime }+k_1(u_1^{\prime 2}+v_1^{\prime 2})+k_2{(u_1^{\prime 2}+v_1^{\prime 2})}^2-u_1+k_1(u_1^2+v_1^2)+k_2{(u_1^2+v_1^2)}^2)+d(u_1+k_1(u_1^2+v_1^2)+k_2(u_1^2+v_1^2))=0$ $Q(v_1^{\prime }+k_3(u_1^{\prime 2}+v_1^{\prime 2})+k_4{(u_1^{\prime 2}+v_1^{\prime 2})}^2-v_1+k_3(u_1^2+v_1^2)+k_4{(u_1^2+v_1^2)}^2)+d(u_1+k_1(u_1^2+v_1^2)+k_4(u_1^2+v_1^2))=0$ ........$Q(u_n^{\prime }+k_1(u_n^{\prime 2}+v_n^{\prime 2})+k_2{(u_n^{\prime 2}+v_n^{\prime 2})}^2-u_n+k_1(u_n^2+v_n^2)+k_2{(u_n^2+v_n^2)}^2)+d(u_n+k_1(u_n^2+v_n^2)+k_2(u_n^2+v_n^2))=0$ $Q(v_n^{\prime }+k_3(u_n^{\prime 2}+v_n^{\prime 2})+k_4{(u_n^{\prime 2}+v_n^{\prime 2})}^2-v_n+k_3(u_n^2+v_n^2)+k_4{(u_n^2+v_n^2)}^2)+d(u_n+k_3(u_n^2+v_n^2)+k_4{(u_n^2+v_n^2)}^2)=0$ 得到摄像机的径向畸变参数k1、k2、k3和k4，(2)以摄像机中心连线为X轴，光轴为Z轴，对煤堆进行拍摄，得到煤堆图像，(3)对构成煤堆图像的像点(u，v)进行如下运算，得到理论像点位置(u’，v’)：$\left\{\begin{array}{c}{u}^{\prime }=u+{\delta }_x(u,v)=u+u[k_1(u^2+v^2)+k_2{(u^2+v^2)}^2]\\ v^{\prime }=v+{\delta }_y(u,v)=u+v[k_3(u^2+v^2)+k_4{(u^2+v^2)}^2]\end{array}\right.,$ 对理论像点(u’，v’)进行图像线性插值运算，得到消除畸变后的煤堆图像，(4)对消除畸变后的煤堆图像进行边缘检测，提取边缘点信息，(5)以摄像机图像中边缘点的9领域为匹配模版T，在该点位于另一摄像机图像的外极线上逐点移动，计算匹配模版T与所覆盖子图之间的相似程度D(T，S)或相关系数C(T，S)，相似程度：$D(T,S)=\underset{i=m}{\overset{m+k}{\Sigma }}\underset{j=n}{\overset{n+l}{\Sigma }}{[S(i,j)-T(i,j)]}^2$ 相关系数：$C(T,S)=\frac{\underset{i=m}{\overset{m+k}{\Sigma }}\underset{j=n}{\overset{n+L}{\Sigma }}S(i,j)T(i,j)}{{\left[\underset{i=m}{\overset{m+k}{\Sigma }}\underset{j=n}{\overset{n+L}{\Sigma }}{S(i,j)}^2\underset{i=m}{\overset{m+k}{\Sigma }}\underset{j=n}{\overset{n+L}{\Sigma }}{T(i,j)}^2\right]}^{1/2}}$ 以能使相关性函数取得全局最大值的点为匹配点，该一对点成为共轭点对，(6)选择多个角点在两图像中的共轭点，两两连接各个角点，做各共轭点之间连线灰度的相关系数，点点之间的灰度相关系数大于0.8时计一票，得票数大于4/5角点数的共轭点为正确匹配共轭点，(7)根据共轭点P(X，Y，Z)和它在左右摄像图像上的投影点(u1，v1)和(u2，v2)的关系，$\left\{\begin{array}{c}{u}_1=-\frac{f}{Z}X\\ v_1=-\frac{f}{Z}Y\end{array},,\right.\left\{\begin{array}{c}{u}_2=-\frac{f}{Z}(X-d)\\ v_2=-\frac{f}{Z}Y\end{array}\right.$ 得到共轭点P的坐标$Z=\frac{d*f}{u_2-u_1}$ $\left\{\begin{array}{c}X=-\frac{d}{u_2-u_1}{u}_1\\ Y=-\frac{d}{u_2-u_1}{v}_1\end{array}\right.,$ 获得共轭点的空间位置，(8)利用共轭点的空间位置信息，采用三角贝泽尔插值拟合出煤堆的空间曲面，并计算出煤堆的体积和重量。