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基于结构光的井下输送带煤流量监测研究

煤炭技术 2023年第5期42卷 172-176页

作者：王劭文赵宝峰张星荣降海荣太原理工大学矿业工程学院太原030024

为了监测井下带式输送机煤流量,进一步调控输送带速度,减少带式输送机能量损耗和设备磨损,提出了一种基于结构光扫描的煤流量监测技术。搭建实验平台,采用直射式激光三角测量法采集输送带上煤流轮廓信息,首先对图像进行导向滤波处理,其... 详细信息

为了监测井下带式输送机煤流量,进一步调控输送带速度,减少带式输送机能量损耗和设备磨损,提出了一种基于结构光扫描的煤流量监测技术。搭建实验平台,采用直射式激光三角测量法采集输送带上煤流轮廓信息,首先对图像进行导向滤波处理,其次将灰度值梯度作为阈值提取光斑区域,利用Steger算法求取亚像素精度的激光中心线,最后在软件Halcon中重建煤流三维点云模型,计算煤流体积。系统静态测量平均误差率为0.6%,基于速度、体积双变量的原煤体积测量偏差可控制在6%以内,验证了激光扫描法在井下带式输送机高速运行时煤流量监测的可行性,对减少带式输送机能耗有一定意义。

关键词：激光三角测量激光中心提取数字图像处理煤流量监测

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基于结构光视觉的车轮型面测量方法研究

基于结构光视觉的车轮型面测量方法研究

作者：王海翔哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近年来,高速铁路和轨道交通领域得到了快速发展。在铁路工业的日常运营中,保障机车、尤其是高速铁路机车在运行过程中的运输安全和可靠性是一项重要的任务。列车车轮型面随着运行时间的积累、运行速度和载重的提高,其磨损量也逐渐加大,... 详细信息

近年来,高速铁路和轨道交通领域得到了快速发展。在铁路工业的日常运营中,保障机车、尤其是高速铁路机车在运行过程中的运输安全和可靠性是一项重要的任务。列车车轮型面随着运行时间的积累、运行速度和载重的提高,其磨损量也逐渐加大,需要及时进行测量和维护,否则会大大降低铁路运输安全性和旅客舒适性。现有的车轮型面磨耗尺寸参数测量方法以接触式卡尺方式为主,其测量效率和精度较低,且受人为影响较大,无法满快速发展的铁路工业对于车轮型面检测手段的需求。结构光视觉以其动态测量、灵活高效和非接触方式等优点,被广泛用于工业产品尺寸测量和缺陷检测等领域。本课题提出了一种基于结构光视觉的车轮型面测量方法,采用激光器和工业相机设计传感器,通过结构光三角测量方法生成列车车轮踏面的轮廓片段信息,并使用数据优化和匹配方法得到完整车轮型面轮廓。相比较接触式测量方法,能够有效降低人为因素,大大提升车轮踏面轮廓的测量效率和精度。本文的研究内容主要分为以下几个方面:首先,进行结构光视觉传感器的标。本课题根据现有红外激光器和工业相机,自行设计传感器,分别完成了摄像机内参数标定和结构光参数标定。针对待测量的车轮踏面轮廓特点,构造了外参数坐标系,推导出坐标变换关系并对其进行标定。然后,提取光条图像信息和数据处理。对于使用传感器采集得到的多个视角下的光条图像,进行数据预处理后使用亚像素光条纹中心提取方法获取像素数据,推导并使用坐标变换关系生成轮廓数据。针对实际存在的不合理数据,提出了一种聚类方法和样条插值方法,较好的解决原始轮廓数据的噪声和数据缺失问题。其次,通过多线结构光进行法截面轮廓估计。针对手持环绕扫描时光平面不通过车轮旋转轴的问题,引入了车轮旋转对称结构数学模型。提取了基于三线结构光的车轮踏面轮廓特征点,并基于特征点匹配关系推导了基于最小二乘法的截面轮廓优化方法。使用非线性迭代优化完成了最终的法截面轮廓估计生成。最后,进行点云匹配和踏面轮廓重建。对所获取的法截面测量片段,通过粗配准和细配准构建完整轮廓。引入模型和测量数据间曲率相关函数进行粗配准,并使用ICP算法完成细配准过程。使用最小二拟合方法完成了踏面轮廓重建,并生成几何尺寸。

关键词：车轮型面测量结构光标定激光中心提取轮廓点优化点云匹配

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双目线结构光测量系统三维数据融合研究

激光杂志 2020年第6期41卷 10-16页

作者：何文杰贺赛先武汉大学电子信息学院武汉430072

在物体的三维重建过程中,常用的立体视觉测量和激光三角测量都存在着一定的局限性,适用性不强。为了快速获取点云数据更为丰富、精度较高的三维模型,结合两种方法构建了一套扫描式三维测量系统。首先提出了基于HSV颜色空间的亚像素激光... 详细信息

在物体的三维重建过程中,常用的立体视觉测量和激光三角测量都存在着一定的局限性,适用性不强。为了快速获取点云数据更为丰富、精度较高的三维模型,结合两种方法构建了一套扫描式三维测量系统。首先提出了基于HSV颜色空间的亚像素激光中心提取算法,实现了对激光中心的精确提取;然后借助立体视觉系统来获取空间标志点的三维坐标,并根据标志点的位姿不变性完成帧间点云数据的拼接,分别得到立体视觉系统和激光三角系统的整体三维数据;最后通过建立全局坐标系将两种测量方法得到的数据进行统一融合,获取了更加丰富的点云数据。实验证明,该方法可以快速获取物体表面丰富的三维点云数据,测量误差在1 mm以内。

关键词：立体视觉激光三角测量激光中心提取点云拼接数据融合

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基于机器视觉的晶锭定位系统的研究

基于机器视觉的晶锭定位系统的研究

作者：张小琛郑州大学

学位级别：硕士

机器视觉是利用摄像机对环境进行成像,并利用计算机自动处理图像获取有用的信息的技术。在工业生产中使用机器视觉技术可以有效的降低人力成本,提高自动化、智能化水平。本论文结合晶锭生产的需要,设计了一个基于线结构光的三维旋转测... 详细信息

机器视觉是利用摄像机对环境进行成像,并利用计算机自动处理图像获取有用的信息的技术。在工业生产中使用机器视觉技术可以有效的降低人力成本,提高自动化、智能化水平。本论文结合晶锭生产的需要,设计了一个基于线结构光的三维旋转测量定位系统,可以有效地测量轴类零件的几何参数。本文的主要研究内容如下:(1)首先研究比较了视觉测量的两种方案:三角测距法以及背投影法,最终选择了三角测距法构建测量系统。然后设计了系统的构成,并根据系统需要对所需硬件进行选型。(2)研究了图像预处理方法。主要包括图像去噪算法以及阈值分割算法,达到抑制噪声,去除背景,得到光条区域的目的。经过对多种滤波方法进行实验对比研究,发现使用中值滤波可以取得最好的效果,本系统最终使用中值滤波作为图像去噪方法。阈值化使用的是Otsu提出的最大类间方差法,本文在Otsu方法的基础上加了一个系数,实验结果表明效果十分理想。(3)线结构光中心线提取算法研究,本文研究了几种常用的线结构光提取算法,包括极值法、阈值法、灰度重心法、Hessian矩阵法、高斯拟合、二次函数拟合,分析了各种方法的优缺点,最后通过实验比较各种方法的提取精度。实验结果表明高斯拟合法提取精度比较好,适合作为本系统的光条中心提取算法。(4)对摄像机针孔模型以及标定原理进行了深入研究,并对MATLAB、Halcon、OpenCV中得相机标定程序进行了比较,发现Halcon标定精度最高,所以本文选择Halcon对测量系统摄像机进行标定。然后研究了激光平面的标定方法,提出了一种使用标定板拟合激光平面的方法,并使用Halcon以及MATLAB进行了实现。最后提出了一种转轴标定算法,使用最小二乘法以及标定板实现了对机床旋转中心的求取。(5)最后搭建了实际的三维测量平台,并完成了测试。本文使用C++语言进行编程,IDE使用的是VS2015,并使用了开源视觉库OpenCV。本文以圆柱体零件为实验对象,采用粒子群算法,完成了系统的搭建。结果显示可以满足晶锭测量的需要。

关键词：线结构光三角测距法图像去噪激光中心提取粒子群算法

高压配电线路验电及装设接地线作业机器人末端夹爪定位技术

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云南电力技术 2018年第5期46卷 54-58页

作者：杨宏伟云南电网有限责任公司昆明650217

针对高压配电线路验电及装设接地线作业机器人机械臂末端夹爪定位困难、定位精度不高等问题,本文提出一种基于多线性结构光测量法的视觉子系统,来实现机器人夹爪末端的准确定位。主要介绍了基于多线性结构光测量法的图像采集方法、激光... 详细信息

针对高压配电线路验电及装设接地线作业机器人机械臂末端夹爪定位困难、定位精度不高等问题,本文提出一种基于多线性结构光测量法的视觉子系统,来实现机器人夹爪末端的准确定位。主要介绍了基于多线性结构光测量法的图像采集方法、激光中心提取以及激光条纹拟合,在此基础上研究了基于图像特征的图像识别技术。

关键词：视觉子系统多线性结构光测量法激光中心提取激光条纹拟合