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原文传递用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统及方法

专利名称：	用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统及方法
摘要：	本发明公开了用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统及方法，包括摄像机、测距传感器和数据处理装置，其中，摄像机和测距传感器分别通过线缆与工控机连接，测距传感器用于自卸车的到位检测，当测距传感器检测到的距离值在设定区间时，向数据处理装置发出信息号，数据处理装置用于接收测距传感器发出的信号，并向摄像机发出采集图像指令；摄像机用于根据数据处理装置发出的采集图像指令拍摄一帧图像，数据处理装置用于根据摄像机拍摄到的图像计算车箱的长、宽和高。能够在自卸车驻车待装料时快速检测出车箱的长度、宽度和高度。该系统和方法适合于搅拌站实际环境，传感器安装位置固定，不存在移动或旋转的辅助测量机构，装置整体成本低。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	长安大学
发明人：	田明锐;胡永彪;杨向阳;张永卫;吴相军;施发垦;李龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910138310.2
公开号：	CN109822754A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	B28C5/42(2006.01);B;B28;B28C;B28C5
申请人地址：	710064 陕西省西安市碑林区南二环路中段
主权项：	1.用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统，其特征在于，包括摄像机(1)、测距传感器(4)和数据处理装置，其中，所述摄像机(1)和测距传感器(4)均与数据处理装置电连接；所述摄像机(1)固定于装车室(2)入口处顶棚，摄像机(1)的光轴与车道中线(8)所在的铅锤平面重合，且摄像机(1)的光轴与地面的夹角为40°～45°；所述测距传感器(4)固定在自卸车(7)上方，测距传感器(4)的探测方向与车道中线(8)所在的铅锤平面重合，且探测方向垂直于地面；其中，所述测距传感器(4)用于自卸车(7)的到位检测，当测距传感器(4)检测到的距离值在设定区间时，向数据处理装置发出信息号，所述数据处理装置用于接收测距传感器(4)发出的信号，并向摄像机(1)发出采集图像指令；所述摄像机(1)用于在采集图像指令下拍摄一帧图像，并传递至数据处理装置，所述数据处理装置还用于根据摄像机(1)拍摄到的图像计算自卸车(7)的车箱(9)的长、宽和高。 2.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统，其特征在于，所述数据处理装置为工控机，所述测距传感器(4)为超声波传感器。 3.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统，其特征在于，所述摄像机(1)的镜头视角大于角θ0，且摄像机(1)的镜头视角大于角θ2；其中，所述角θ0为直线L1和直线L2的夹角，所述直线L1为过摄像机(1)的镜头与点G的直线，所述直线L2为过摄像机(1)的镜头与点E的直线；所述点G为前侧板上沿轮廓线与车道中线(8)所在的铅锤面的交点，所述点E为后侧板下沿轮廓线与车道中线(8)所在的铅锤面的交点；所述角θ2为直线L3和直线L4的夹角；所述直线L3为摄像机(1)的镜头与点M所在的直线，所述直线L4为摄像机(1)的镜头与点N所在的直线，所述点M和点N分别为自卸车车箱后侧板上沿轮廓线两端的端点。 4.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统，其特征在于，所述摄像机(1)选取1/1.8”靶面感光芯片的工业相机，分辨率为1280×1024像素，镜头选取焦距5mm～8mm的C口定焦镜头。 5.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、摄像机标定：确定自卸车(7)的空间坐标到图像像素平面坐标的对应关系，其中，uv为像素平面坐标系，xy为图像平面坐标系，uv和xy与摄像机(1)的感光芯片重合；XCYCZC为摄像机(1)的空间坐标系，ZC与摄像机(1)的光轴重合；XWYWZW为自卸车空间坐标系，其中，XWYW平面与地面重合；XWYWZW空间到uv平面的转换关系如下：采用标定方法确定出参数f,dx,dy,u0,v0,R,T；上式中，f为摄像机的镜头等效焦距，dx为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，dx,dy分别为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，u0,v0为感光芯片中心的像素坐标，R为自卸车坐标系到像素平面坐标系的旋转矩阵，T为自卸车坐标系到像素平面坐标系的平移矩阵；步骤2、自卸车到位检测：波测距传感器(4)垂直向下探测距离，当超声波测距传感器检测到的距离值L在设定范围内时，认为自卸车停靠到位；此时，波测距传感器(4)向数据处理装置发送信号，数据处理装置向摄像机(1)发出采集图像指令，摄像机(1)拍摄一帧图像；步骤3、车箱轮廓线检测：在步骤2拍摄到的图像中，检测出车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；步骤4、车箱轮廓角点检测：在像素平面坐标系uv中，求出车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线在图像平面uv中的交点P1、P2、P3、P4、P5和P6的坐标(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3),(u4,v4),(u5,v5),(u6,v6)；其中，P1为车箱后侧板下沿轮廓线与车箱后侧板左轮廓线的交点，P2为车箱后侧板下沿轮廓线与车箱后侧板右轮廓线的交点，P3为车箱后侧板上沿轮廓线与车箱后侧板左轮廓线的交点，P4为车箱后侧板上沿轮廓线与车箱后侧板右轮廓线的交点，P5为车箱前侧板上沿轮廓线与车箱左侧板上沿轮廓线的交点，P6为车箱前侧板上沿轮廓线与车箱右侧板上沿轮廓线的交点；步骤5、计算车箱宽度、车箱高度和车箱宽度：计算车箱宽度：计算P1和P2的XWYWZW空间坐标，P1的XWYWZW空间坐标为(XW1、YW1、ZW1),P2的XWYWZW空间坐标为(XW2、YW2、ZW2),车箱宽度W＝\|XW1-XW2\|；计算车箱高度：计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW值ZW3和ZW4，车箱高度H＝(ZW3+ZW4-2d)/2，式中，d为车箱底板距地面高度；计算车箱长度：计算P5和P6的XWYWZW坐标系中的YW值YW5和YW6，车箱长度L＝(YW5+YW6-YW1-YW2)/2。 6.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：步骤3.1、在步骤2得到的图像中预先设置6个待检测区域，记为区域ROI1～ROI6，每个区域作为一幅子图像，区域ROI1～ROI6分别用于检测车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；步骤3.2、对于矩形区域ROI1～ROI6区域，首先进行图像均值滤波去噪，滤波器大小为5×5像素，在区域ROI1～ROI6中进行逐像素遍历处理；步骤3.3、在矩形区域ROI1～ROI6中采用Hough变换提取直线。 7.根据权利要求6所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤3.3中，对区域ROI3仅提取与水平方向夹角为60°～80°的直线，对区域ROI4仅提取与水平方向夹角为100°～120°的直线，对区域ROI1和区域ROI2仅提取与水平方向夹角为85°～95°的直线，对区域ROI5和区域ROI6仅提取与水平方向夹角为-5°～5°的直线。 8.根据权利要求5所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤5中，计算车箱宽度包括以下步骤：步骤5.1进行坐标转换，将XCYCZC坐标系原点OC和像素平面中P1的坐标(u1,v1)转换到XWYWZW坐标系，转换后记为(X0,Y0,Z0)和(X1,Y1,Z1)，转换计算公式如下：其中，R′为R的逆；步骤5.2，计算空间直线OCP1与平面ZW＝d的交点(XW1,YW1,ZW1)；空间直线OCP1的方程为：由于平面ZW＝d为车箱底板，因此ZW＝d代入直线方程，可得P1的XWYWZW空间坐标为：步骤5.3，利用步骤5.1至步骤5.2的方法计算P2的XWYWZW空间坐标(XW2,YW2,ZW2)。 9.根据权利要求5所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤5中，计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW轴坐标包括以下步骤：将P3的像素平面坐标(u3,v3)转换到XWYWZW坐标系，记为(X3,Y3,Z3)，然后得到空间直线OCP3并计算该直线与平面YW＝(YW1+YW2)/2的交点，可得：同理可得： 10.根据权利要求5所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤5中，计算P5和P6在XWYWZW坐标系中的YW轴的坐标包括以下步骤：首先，将P5的像素平面坐标(u5,v5)转换到XWYWZW坐标系，记为(X5,Y5,Z5)，然后得到空间直线OCP5并计算该直线与平面ZW＝H的交点，可得：同理可得：
所属类别：	发明专利