一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法，所述石材礦山叉裝車包括叉裝車本體和測重系統(tǒng)，所述測重系統(tǒng)包括ARM主控器、攝像頭、以及兩個激光雷達，所述ARM主控器分別與攝像頭、以及兩個激光雷達相連，所述攝像頭安裝在叉裝車本體的前方中線位置，所述兩個激光雷達也安裝于叉裝車本體的前方，并對稱設(shè)置在攝像頭的兩側(cè)，所述攝像頭和兩個激光雷達位于同一水平線上，所述攝像頭的成像面與激光雷達的信號發(fā)射點處于同一平面上。本發(fā)明利用攝像頭和激光雷達作為信息獲取手段，可較為準確地測量出待裝卸石材荒料的重量，避免由于操作員估計不準而使叉裝車超重運作的現(xiàn)象發(fā)生，降低事故發(fā)生率，提高設(shè)備使用壽命。
【專利說明】
一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]石材礦山叉裝車是利用裝載機底盤基礎(chǔ)研發(fā)的石材裝運機械，是裝載機細分市場的工程機械產(chǎn)品，叉裝車集機、電、儀、液及數(shù)字信息為一體、具有高效、節(jié)能，智能、越野性好，使用靈活、安全可靠，性價比高等優(yōu)點。可取代叉車、汽車吊、挖掘機用于石材礦山荒料場裝卸荒料的鏟運設(shè)備，換上鏟斗可為石材礦區(qū)開山修路，鏟運礦山面層土方，實現(xiàn)其“一機兩用”功能。也用于發(fā)生自然災(zāi)害地區(qū)或戰(zhàn)爭時期清除道路路障和短途鏟運物資等重要用途。然而，現(xiàn)有的石材礦山叉裝車智能化程度還不高，無法自動識判別出待裝卸石材荒料是否超重，同時也沒有很好的方法對待裝卸石材荒料進行稱重，一般只能憑借工作人員的經(jīng)驗進行判斷，在叉裝車實際裝卸石材礦山荒料的過程中，由于石材荒料的質(zhì)量都很大，操作人員都是通過觀察石材荒料的體積及其種類再結(jié)合自身經(jīng)驗粗略估計出石材荒料的大致質(zhì)量，以此來判斷待裝卸荒料是否超載。然而，經(jīng)驗再豐富的操作員也會出現(xiàn)判斷失誤的時候，特別是對于經(jīng)驗不足的新手，這經(jīng)常會使叉裝車超負荷運轉(zhuǎn)，而這將會使其工作裝置和液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障，導(dǎo)致使用壽命縮短，降低產(chǎn)品的可靠性；長期超載或嚴重超載時，將大大增加事故發(fā)生率。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一，在于提供一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車，其利用攝像頭和激光雷達作為信息獲取手段，可較為準確地測量出待裝卸石材荒料的重量，避免由于操作員估計不準而使叉裝車超重運作的現(xiàn)象發(fā)生，降低事故發(fā)生率，提高設(shè)備使用壽命。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)上述技術(shù)問題之一的:
[0005]所述石材礦山叉裝車包括叉裝車本體和測重系統(tǒng)，所述測重系統(tǒng)安裝在叉裝車本體上，所述測重系統(tǒng)包括ARM主控器、一攝像頭、以及兩個激光雷達，所述ARM主控器分別與攝像頭、以及兩個激光雷達相連，所述攝像頭安裝在叉裝車本體的前方中線位置，所述兩個激光雷達也安裝于叉裝車本體的前方，并對稱設(shè)置在攝像頭的兩側(cè)，所述攝像頭和兩個激光雷達位于同一水平線上，且所述攝像頭和兩個激光雷達的主軸相互平行，所述攝像頭的成像面與激光雷達的信號發(fā)射點處于同一平面上。
[0006]進一步地，所述測重系統(tǒng)還包括報警顯示模塊，所述報警顯示模塊與ARM主控器相連。
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二，在于提供一種基于視覺技術(shù)的石材礦山叉裝車荒料測重方法，其利用攝像頭和激光雷達作為信息獲取手段，可較為準確地測量出待裝卸石材荒料的重量，避免由于操作員估計不準而使叉裝車超重運作的現(xiàn)象發(fā)生，降低事故發(fā)生率，提高設(shè)備使用壽命。
[0008]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)上述技術(shù)問題之二的:
[0009]—種基于視覺技術(shù)的石材礦山叉裝車荒料測重方法，所述測重方法步驟如下:攝像頭拍攝石材荒料的正視圖和側(cè)視圖，記錄其長、寬、高，此時的長寬高為按比例縮小了的值，其實際值可以通過ARM主控制器通過對圖像的處理計算出來，同時，攝像頭也記錄了石材荒料的顏色信息，ARM主控制器可以根據(jù)其顏色信息，對照ARM主控制器內(nèi)石材荒料數(shù)據(jù)庫判斷出該石材荒料的種類和密度；
[0010]激光雷達測試出攝像頭成像平面到石材荒料正面和側(cè)面的距離，依據(jù)激光雷達測到的距離加上攝像頭拍攝得到的按比例縮小石材荒料的長寬高的值及攝像頭的焦距信息，依據(jù)相似三角形法則，計算出石材荒料的實際長寬高，進而計算出其體積，最后結(jié)合其密度信息得出石材荒料的質(zhì)量。
[0011]進一步地所述圖像處理算法具體包括:當ARM主控制器采集到有效圖像時，首先對圖像進行一次濾波處理，除去噪聲信息，然后圖像由兩個不同功能的程序分別處理:
[0012]密度獲取流程，首先對濾波后的圖像的顏色進行提取，將提取出的顏色值與石材荒料數(shù)據(jù)庫中事先存儲好的石材種類信息相比對，找到匹配石材種類后獲取該材料的密度值;邊長計算流程，將濾波后的圖像做邊界提取處理，提取出邊界后繼續(xù)增強，取出一些偽邊界，最后提取石材荒料面的四個角點，之后根據(jù)提取到的角點的位置，分別計算出各個點之間的相對距離，由于角點間的距離會出現(xiàn)對角線的長度，所以ARM主控制器會進一步篩選得到的長度值，將最長的長度值去掉，剩下較短的兩個值即為石材面的兩條邊長;最后將獲得的邊長和密度值存儲到ARM主控制器的動態(tài)內(nèi)存中，以備下一步計算使用。
[0013]進一步地，所述測量石材荒料體積方法具體如下:利用左右兩個激光雷達測量出的攝像頭成像平面距離石材荒料表面的距離，然后通過用“像素個數(shù)”乘以“每個像素的寬度”算出石材荒料邊長在攝像頭成像平面上的長度，這是實際石材荒料邊長縮小一定倍數(shù)后得到的長度，其中“像素個數(shù)”由ARM主控制器處理拍攝得到的圖像后獲得，“每個像素的寬度”由攝像機自身參數(shù)決定，為一個常量；
[0014]最后利用相似三角形原理，得到石材荒料實際邊長的計算公式為:Z=[(dl+d2)/2+f]*L/f，其中dl、d2為左右兩個雷達測得的攝像頭成像面到石材面的距離，f為攝像頭的焦距，L為石材荒料在攝像頭拍攝得到的圖像上的邊長長度，Z為石材荒料實際邊長，按照此方法依次計算出石材荒料的實際長寬高，再使用立方體體積公式計算出該石材荒料的體積。
[0015]進一步地，所述測重系統(tǒng)還包括報警顯示模塊，所述報警顯示模塊與ARM主控器相連；
[0016]當計算得到石材荒料的重量后，ARM主控制器將該石材荒料的重量和叉裝車本體額定載重進行對比，當待裝卸石材荒料的重量超出叉裝車本體額定載重時，ARM主控制器將通過報警顯示模塊進行警報，提醒工作人員石材超重，并將待裝卸石材荒料的重量及超重百分比顯示在報警顯示模塊上。
[0017]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明利用攝像頭和激光雷達作為信息獲取手段，工作人員只需按照規(guī)定操作叉裝車，便可以較為準確地測量出待裝卸石材荒料的重量，當石材荒料的重量超出叉裝車本體額定載重時發(fā)出警報，提醒操作人員，避免由于操作員估計不準而使叉裝車超重運作的現(xiàn)象發(fā)生，降低事故發(fā)生率，提高設(shè)備使用壽命。
[0019]總之，本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術(shù)無法準確測量石材荒料重量的問題，無需人工測量，數(shù)據(jù)可靠，操作方便、安全。
【【附圖說明】】
[0020]下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]圖1為本發(fā)明一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法的測重系統(tǒng)的框架圖。
[0022]圖2是本發(fā)明一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法的方法流程圖。
[0023]圖3是本發(fā)明一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法的石材荒料體積計算原理圖。
[0024]圖4是本發(fā)明一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法的圖像處理流程圖。
【【具體實施方式】】
[0025]請參閱圖1?4所示，對本發(fā)明的實施例進行詳細的說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所涉及的一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車及其測重方法，所述石材礦山叉裝車包括叉裝車本體和測重系統(tǒng)，所述測重系統(tǒng)安裝在叉裝車本體上，所述測重系統(tǒng)包括ARM主控器1、一攝像頭2、以及兩個激光雷達3，所述ARM主控器I分別與攝像頭2、以及兩個激光雷達3相連，所述攝像頭2安裝在叉裝車本體的前方中線位置，所述兩個激光雷達3也安裝于叉裝車本體的前方，并對稱設(shè)置在攝像頭2的兩側(cè)，所述攝像頭2和兩個激光雷達3位于同一水平線上，且所述攝像頭2和兩個激光雷達3的主軸相互平行，所述攝像頭2的成像面與激光雷達3的信號發(fā)射點處于同一平面上。
[0027]所述測重系統(tǒng)還包括報警顯示模塊4和鍵盤5，所述報警顯示模塊4、鍵盤均5與ARM主控器I相連。
[0028]以下為本發(fā)明的具體實施例:
[0029]重點參閱圖2，ARM主控制器I接通電源之后，開始程序的初始化，初始化內(nèi)容包括檢測攝像頭2、激光雷達3、報警顯示模塊4、鍵盤5以及存儲器等是否正常工作，之后設(shè)置攝像頭2的焦距值和單個像素值。初始化完成之后，程序進入等待階段，當操作員將叉裝車調(diào)整到正對待裝卸石材荒料的正面時，按下鍵盤5上的確認按鍵，此時表明第一次數(shù)據(jù)采集準備就緒，程序開始調(diào)用攝像頭2和激光雷達3采集數(shù)據(jù)，ARM主控制器I接收到采集的數(shù)據(jù)后，會對此次采集到的數(shù)據(jù)是否有效做一個判斷，具體方法是判斷兩個激光雷達3測量得到距離數(shù)據(jù)是否一致，當兩個激光雷達3測量值相差超過5cm時，表明此時的叉裝車沒有正對放置，攝像頭2拍攝得到圖像將會出現(xiàn)變形，不利于處理，此時程序會提醒操作員此次數(shù)據(jù)無效，需重新調(diào)整叉裝車的位置再次拍攝。當收集到的數(shù)據(jù)(一)有效時，ARM主控制器I會將數(shù)據(jù)存儲到ARM主控制器I內(nèi)部存儲器中，等待第二次數(shù)據(jù)采集。第二次數(shù)據(jù)采集的過程同第一次數(shù)據(jù)采集一樣。當采集到兩次有效數(shù)據(jù)后，ARM主控制器I將聯(lián)合兩次采集到的數(shù)據(jù)，進行計算，之后得出待裝卸石材荒料的質(zhì)量，并將之與叉裝車本體額定載重比較，判斷是否超重，若超重則在報警顯示模塊4上做出報警并將超重信息顯示出來。最后判斷是否繼續(xù)檢測其他石材荒料重量。
[0030]重點參閱圖3，dl、d2為左右兩個激光雷達3測量出的攝像頭2成像平面距離石材荒料100表面的距離;f為攝像頭2的焦距;L為石材荒料100邊長在攝像頭拍攝得到的圖像上的長度，計算公式為:
[0031]L =像素個數(shù)*每個像素的寬度
[0032]其中“像素個數(shù)”由ARM主控制器I處理拍攝得到的圖像后獲得，“每個像素的寬度”由攝像頭2自身參數(shù)決定，為一個常量;Z為石材荒料實際邊長，即為所求的量。由相似三角形原理便可以得到Z的計算公式為:
[0033]Z=(dl+f)*L/f
[0034]由于操作員操作問題，往往叉裝車不能嚴格正對著石材荒料面，此時將會導(dǎo)致dl的值會與d2的值有微小的差異，為減小誤差，可將dl、d2的平均值作為攝像頭成像面到石材荒料面的距離，于是上式改為:
[0035]Z=[(dl+d2)/2+f]*L/f
[0036]按照此方法可以依次計算出石材荒料的實際長寬高，再使用立方體體積公式便能夠計算出該石材荒料的體積。
[0037]重點參閱圖4，所述圖像處理算法具體包括:
[0038]當ARM主控制器I采集到有效圖像時，首先對圖像進行一次濾波處理，除去噪聲信息，然后圖像由兩個不同功能的程序分別處理:
[0039]密度獲取流程，首先對濾波后的圖像的顏色進行提取，將提取出的顏色值與石材荒料數(shù)據(jù)庫中事先存儲好的石材種類信息相比對，找到匹配石材種類后獲取該材料的密度值;邊長計算流程，將濾波后的圖像做邊界提取處理，提取出邊界后繼續(xù)增強，取出一些偽邊界，如裂縫等;最后提取石材荒料面的四個角點，之后根據(jù)提取到的角點的位置，分別計算出各個點之間的相對距離，由于角點間的距離會出現(xiàn)對角線的長度，所以ARM主控制器會進一步篩選得到的長度值，將最長的長度值去掉，剩下較短的兩個值即為石材面的兩條邊長;最后將獲得的邊長和密度值存儲到ARM主控制器的動態(tài)內(nèi)存中，以備下一步計算使用。
[0040]本發(fā)明利用攝像頭和激光雷達作為信息獲取手段，工作人員只需按照規(guī)定操作叉裝車，便可以較為準確地測量出待裝卸石材荒料的重量，當石材荒料的重量超出叉裝車本體額定載重時發(fā)出警報，提醒操作人員，避免由于操作員估計不準而使叉裝車超重運作的現(xiàn)象發(fā)生，降低事故發(fā)生率，提高設(shè)備使用壽命。
[0041]總之，本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術(shù)無法準確測量石材荒料重量的問題，無需人工測量，數(shù)據(jù)可靠，操作方便、安全。
[0042]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實施方式】，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車，其特征在于:所述石材礦山叉裝車包括叉裝車本體和測重系統(tǒng)，所述測重系統(tǒng)安裝在叉裝車本體上，所述測重系統(tǒng)包括ARM主控器、一攝像頭、以及兩個激光雷達，所述ARM主控器分別與攝像頭、以及兩個激光雷達相連，所述攝像頭安裝在叉裝車本體的前方中線位置，所述兩個激光雷達也安裝于叉裝車本體的前方，并對稱設(shè)置在攝像頭的兩側(cè)，所述攝像頭和兩個激光雷達位于同一水平線上，且所述攝像頭和兩個激光雷達的主軸相互平行，所述攝像頭的成像面與激光雷達的信號發(fā)射點處于同一平面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺技術(shù)的可測重石材礦山叉裝車，其特征在于:所述測重系統(tǒng)還包括報警顯示模塊，所述報警顯示模塊與ARM主控器相連。3.一種基于視覺技術(shù)的石材礦山叉裝車荒料測重方法，其特征在于:所述石材礦山叉裝車如權(quán)利要求1所述，所述測重方法步驟如下: 攝像頭拍攝石材荒料的正視圖和側(cè)視圖，記錄其長、寬、高，此時的長寬高為按比例縮小了的值，其實際值可以通過ARM主控制器通過對圖像的處理計算出來，同時，攝像頭也記錄了石材荒料的顏色信息，ARM主控制器可以根據(jù)其顏色信息，對照ARM主控制器內(nèi)石材荒料數(shù)據(jù)庫判斷出該石材荒料的種類和密度； 激光雷達測試出攝像頭成像平面到石材荒料正面和側(cè)面的距離，依據(jù)激光雷達測到的距離加上攝像頭拍攝得到的按比例縮小石材荒料的長寬高的值及攝像頭的焦距信息，依據(jù)相似三角形法則，計算出石材荒料的實際長寬高，進而計算出其體積，最后結(jié)合其密度信息得出石材荒料的質(zhì)量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于視覺技術(shù)的石材礦山叉裝車荒料測重方法，其特征在于:所述圖像處理算法具體包括: 當ARM主控制器采集到有效圖像時，首先對圖像進行一次濾波處理，除去噪聲信息，然后圖像由兩個不同功能的程序分別處理: 密度獲取流程，首先對濾波后的圖像的顏色進行提取，將提取出的顏色值與石材荒料數(shù)據(jù)庫中事先存儲好的石材種類信息相比對，找到匹配石材種類后獲取該材料的密度值；邊長計算流程，將濾波后的圖像做邊界提取處理，提取出邊界后繼續(xù)增強，取出一些偽邊界，最后提取石材荒料面的四個角點，之后根據(jù)提取到的角點的位置，分別計算出各個點之間的相對距離，由于角點間的距離會出現(xiàn)對角線的長度，所以ARM主控制器會進一步篩選得到的長度值，將最長的長度值去掉，剩下較短的兩個值即為石材面的兩條邊長;最后將獲得的邊長和密度值存儲到ARM主控制器的動態(tài)內(nèi)存中，以備下一步計算使用。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于視覺技術(shù)的石材礦山叉裝車荒料測重方法，其特征在于:所述測量石材荒料體積方法具體如下:利用左右兩個激光雷達測量出的攝像頭成像平面距離石材荒料表面的距離，然后通過用“像素個數(shù)”乘以“每個像素的寬度”算出石材荒料邊長在攝像頭成像平面上的長度，這是實際石材荒料邊長縮小一定倍數(shù)后得到的長度，其中“像素個數(shù)”由ARM主控制器處理拍攝得到的圖像后獲得，“每個像素的寬度”由攝像機自身參數(shù)決定，為一個常量； 最后利用相似三角形原理，得到石材荒料實際邊長的計算公式為:Z=[(dl+d2)/2+f]*L/f，其中dl、d2為左右兩個雷達測得的攝像頭成像面到石材面的距離，f為攝像頭的焦距，L為石材荒料在攝像頭拍攝得到的圖像上的邊長長度，Z為石材荒料實際邊長，按照此方法依次計算出石材荒料的實際長寬高，再使用立方體體積公式計算出該石材荒料的體積。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于視覺技術(shù)的石材礦山叉裝車荒料測重方法，其特征在于:所述測重系統(tǒng)還包括報警顯示模塊，所述報警顯示模塊與ARM主控器相連； 當計算得到石材荒料的重量后，ARM主控制器將該石材荒料的重量和叉裝車本體額定載重進行對比，當待裝卸石材荒料的重量超出叉裝車本體額定載重時，ARM主控制器將通過報警顯示模塊進行警報，提醒工作人員石材超重，并將待裝卸石材荒料的重量及超重百分比顯示在報警顯示模塊上。
【文檔編號】G01B11/00GK106044663SQ201610463234
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】聶明星, 馮彬彬, 蔣新華, 彭晉民, 聶作先, 邵明, 謝文明, 黃詩浩, 林抒毅, 周愛君
【申請人】福建工程學院