实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法技术

本发明专利技术涉及散货料场的料堆识别方法。一种实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法，是利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库；由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现区域内的坐标还原，完成料堆三维图像显示；并实时更新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态更新。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及散货料场的料堆识别方法，尤其涉及料堆实时动态跟 踪的三维成像方法。
技术介绍
10 大型的散货(如矿石、煤炭、小碎石、黄沙等)堆料场要实现无人化堆取工艺，其首要的任务是堆料场的料堆识别，识别料堆的关键 不单单是占地大小、料堆高度，还有不断变化着的堆形。因为在作业 的过程中料场中的料堆是动态的，它在不断地增高或者降低等。现有 的识别技术一般采用三维全息摄影、超声波、微波、激光扫描等，但15是这些技术无法实现实时动态跟踪，且数据处理工作量大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实现料堆实时动态跟踪的三维成像方 法，该成像方法能实现料堆实时动态跟踪的精确三维成像。20 本专利技术是这样实现的 一种，是利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机 悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数 据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的 三维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库；25 由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现区域内的坐标还原，完成料 堆三维图像显示；并实时更新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发 三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场30图像实时动态更新。具体的说数据预处理的过程是，堆取料机实时运动状态数据是 通过堆取料机的走行、俯仰、回旋编码器输出的走行值、俯仰角度、 回旋角度获得，堆取料机悬臂的动作反应在俯仰角度、回旋角度的变 化上；激光扫描装置采集的数据是发射光心在0到180度范围内，周5期性的以每0.5度或0.25度发射角度间隔发射光束，通过测量发射光束与料堆表面反射光束的时间差得出激光扫描装置发射光心到料堆反射表面空间距离；激光扫描装置安装相对位置数据是激光扫描装置到 俯仰轴的距离，俯仰角度在零度时激光扫描装置相对于地面的高度； 堆取料机实时运动状态数据与激光扫描装置采集的数据在时间上实现 10同步匹配。堆取料机走行、俯仰、回旋编码器的数据刷新与激光扫描 装置的数据刷新两者的数据匹配原则是以激光扫描数据的时间为准， 用最接近该时间的编码器数据去匹配激光扫描数据，这样每个时刻激 光扫描数据都与编码器的信息建立了对应关系。数据坐标化处理过程是，首先以激光扫描装置为原点建立坐标系， 15某一时刻来自激光扫描装置的距离值和对应的发射角度值放入此坐标 系下；随后对应料场建立料场坐标系，沿堆取料机走行轨道方向作为Y 轴，平行料场地面并垂直轨道方向为X轴，垂直料场地面方向为Z轴； 料场坐标系的原点与堆取料机走行值的原点重合，以堆取料机俯仰轴 中心作为相对基点；安装于堆取料机悬臂上的激光扫描装置在当前时 20刻在料场坐标系下的空间坐标(x'， y、， z、)x、 " s、cos 4> sin 9 ，y、"s、cos 4>cos 6 +S ,z、 ^h+s、sin <1> 或z、"h-s、sin 4>式中S、激光扫描装置到相对基点的空间距离， 25 4>:当前时刻俯仰编码器输出的俯仰角度值，e:回转编码器输出的回转角度值，h:激光扫描装置在俯仰角度为O度时相对于地面的高度， S:走行编码器输出的走行值； 根据当前时刻激光扫描数据与编码器的信息的对应关系，将当前 30时刻料堆表面被测点的一组数据从激光扫描装置坐标系下转换成料场坐标系下；在料场坐标系下，料堆表面一个被测点坐标值中的x、 y值 为被测点在料场平面的两维坐标位置，被测点z值为对应此x、 y值时被测点的高度值。网格规范化处理过程是，对激光扫描装置采集的所有测量点坐标5 值进行均匀网格化处理，即在料场平面坐标下，在料场长度和宽度范围内沿轨道方向即Y轴、和沿垂直轨道方向即X轴，每间隔一定距离 对整个料场进行等分，这样在料场的有效堆放范围内形成一个个大小 面积相等均匀分布的网格，实现料场的数字化分割；对测量点落在网 格中的点数量进行规范化整合处理，保证每个网格只对应一个坐标值；10如果落在同一网格内有多个测量点数据，则对这些测量点的高度z求 平均值作为网格点的z值，且规定网格点的x，y坐标为每个网格中心， 最后以新坐标点作为落在此网格内的测量点坐标；规范化处理后的网 格在数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组; 每个网格单元或数组的一个元素，对应一个高度值。15 对于网格中没有数据的情况采用插值处理，即进行线性模板计算；也就是遍历二维数组中是否有未赋值的网格，如有，则应用线性模 板进行处理；假设某个网格点的高度z表达为G(x， y)， x， y为网格 坐标，则模板处理的数学表达为G(x,y)= (G(x國l ，y)+G(x,y画l)+G(x+l ,y)+G(x，y+l)) /4 。20 本专利技术是利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光 扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成 规则的三维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库，并实时更新 数据库内数据内容，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态更新。25生成的实时三维料堆图像数据，不仅能让作业人员动态掌握料场内料 堆的堆放情况，更为重要的是通过对料堆形状的实时识别，并实时动 态对料堆进行数据化处理保存，为下一步全自动堆取料工艺提供了有 力的支撑和保证。本专利技术的成像精度较高，计算工作量相对较小，从而克服了现有30 技术无法实现对散货料场实时动态跟踪，且数据处理工作量大的缺陷。附图说明图1为本专利技术流程图； 图2为被测点坐标转换流程图； 5 图3为三维坐标示意图。图4为不规则坐标数据变为规则坐标数据的处理流程图； 图5为测量点不规则落在网格内的分布示意图； 图6为经过规范化处理后的点分布示意图。10具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。 参见图1， 一种，是利用堆 取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激 光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数据进行预处理、15 坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，最终 生成整个料场的完整网格数据库。由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，对区域内的x、 y值显示对应的z 值，实现区域内的坐标还原，完成料堆三维图像显示。20 并实时更新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场 图像实时动态更新。下面详细描述对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网 格规范化处理、插值处理的处理过程，由处理后的数据生成规则的三25维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库。 1.对于激光扫描数据预处理的过程参见图1，堆取料机存在三种运动状态，即走行、俯仰、回旋运动。 堆取料机实时运动状态数据可以通过堆取料机的走行、俯仰、回旋编 码器输出的走行值、俯仰角度、回旋角度获得。堆取料机悬臂的动作 30 会反应到俯仰角度、回旋角度的变化上。堆取料机这三个运动状态值是实现料堆实时动态三维成像的基础条件之一。激光扫描装置发射光心在0到18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法，其特征是：利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库；　由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现区域内的坐标还原，完成料堆三维图像显示；　并实时更新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态更新。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玉良，张逸国，肖苏，张子才，吴刚，孔利明，伍文宇，陈在根，顾奕华，施明星，金云，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]