The invention discloses a rail Monocular Stereo Vision mining derrick deformation monitoring method (the tower type derrick single rope sheave for example), the calibration method CE plane calibration plate and two-dimensional collinear equation based on single image using constrained least squares above adjustment to directly solve the internal and external orientation elements and distortion based on the parameters. Secondly, through the guide rail device can make high-speed camera in the slide block slide freely and shoot mine derrick and sheave marks (including control point and monitoring point) images, continuous shooting images or video images of the mark points of the mining derrick and sheave sign 3D reconstruction of virtual stereo vision points using the multi period, and puts forward the mine derrick and the wheel visual method of deformation monitoring and deformation information of the derrick slope and vertical wheel deflection calculation method based on. The method of the invention has the advantages of simple structure, convenient detection tools, low cost, non contact type high efficiency monitoring, monitoring of derrick and mine deformation effectively resolves the sheave.
【技术实现步骤摘要】
导轨单目立体视觉矿区井架变形监测方法
本专利技术涉及煤炭开采矿区井架变形监测领域,尤其是涉及一种导轨单目立体视觉的矿区井架变形监测装置及方法。
技术介绍
煤炭矿区井架按材料分为钢制井架和钢筋混凝土井架(本专利以塔型井架为例),由于井架的自重过大,在使用过程中的附加荷载、地下水位的升降、地下水对井架基础的侵蚀等因素都可能导致井架的倾斜与变形。无论塔型井架主体发生倾斜或天轮发生倾斜(水平偏移和垂直偏移分别造成横向偏摆和纵向偏摆)都可能导致提升用钢丝绳脱落,从而导致罐笼坠落井底,造成人员伤亡和设备损伤。因此,如何开展井架及天轮变形监测是煤矿安全生产中一项十分重要的工作。目前,矿区井架变形监测手段主要有位移传感器、全站仪、测量机器人、三维激光扫描仪和GPS等。其中,位移传感器需提前埋设(中国专利技术专利文件CN02138850.4,一种矿山井架安全自动监测方法及装置),且单点监测系统可靠性低;传统全站仪自动化程度低,且不满足非接触式危险区变形监测要求;测量机器人和三维激光扫描技术自动化程度较高但成本昂贵;GPS具有全天候自动化程度高但卫星信号受矿区井架遮挡严重。因此,近景摄影测量和立体视觉技术以非接触性、测量精度高、可连续测量、测量瞬时完成等特点被逐步应用于三维重建等领域。按照视觉摄像头个数,主要分为单目视觉,双目及多目视觉。单目视觉装置要求简单,但缺乏深度信息难以进行三维重建;双目及多目视觉三维重建精度高,但存在装置结构复杂、成本较高以及立体标定鲁棒性难保证等不足。例如,中国专利技术专利文件《一种基于多目视觉的桥梁三维变形监测方法》(专利号CN201110038 ...
【技术保护点】
一种导轨单目立体视觉矿区井架变形监测方法,其步骤是:步骤一、CE平面标定法标定内外方位元素和畸变模型参数1、CE平面标定法的标定装置为三个等长基准尺组成的正三角形标定板并固定在三脚架上;建立世界坐标系:三角形标定板中平放基准尺左端为原点,平放基准尺右端指向为X轴正向,标定板平面内与X轴垂直向上方向为Y轴,三角形标定板上共有12个标志点,自原点起始标志点依次编号1,2,……,12,同一基准尺相邻标志点间隔为ΔL,各标志点的世界坐标分别为:(0,0),(ΔL,0),(2ΔL,0),(3ΔL,0),(4ΔL,0),
【技术特征摘要】
1.一种导轨单目立体视觉矿区井架变形监测方法,其步骤是:步骤一、CE平面标定法标定内外方位元素和畸变模型参数1、CE平面标定法的标定装置为三个等长基准尺组成的正三角形标定板并固定在三脚架上;建立世界坐标系:三角形标定板中平放基准尺左端为原点,平放基准尺右端指向为X轴正向,标定板平面内与X轴垂直向上方向为Y轴,三角形标定板上共有12个标志点,自原点起始标志点依次编号1,2,……,12,同一基准尺相邻标志点间隔为ΔL,各标志点的世界坐标分别为:(0,0),(ΔL,0),(2ΔL,0),(3ΔL,0),(4ΔL,0),2、CE平面标定法标定内外方位元素和畸变模型参数:(a)标志点识别通过对高速相机拍摄的标定板图像进行灰度化、二值化、边缘提取,利用边缘点的一系列像素坐标(xe,ye)来拟合椭圆,椭圆可以用圆锥曲线方程的代数形式表示从而计算出图像中椭圆的中心位置(x,y),即为上述12个平面标定板标志点的物方坐标(X,Y)一一对应的像点坐标(x,y);(b)取图像中心坐标为像主点(x0,y0)的初值、畸变量(Δx,Δy)初值为零、高速相机镜头出厂标称值为焦距f的初值,建立a1,b1,c1,a2,b2,c2,a3,b3,c3和Xs,Ys,Zs为外方位元素的误差方程式中,γ1=-(a1XS+b1YS+c1ZS),γ2=-(a2XS+b2YS+c2ZS),γ3=-(a3XS+b3YS+c3ZS);(c)根据旋转矩阵的单位正交性,建立以下约束方程(d)通过约束最小二乘平差可估计外方位元素a1,b1,c1,a2,b2,c2,a3,b3,c3和Xs,Ys,Zs;(e)进一步考虑径向畸变和切向畸变3参数模型,利用获得外方位元素作为初值,进行内外方位元素优化估计,建立误差方程为式中,k1为径向畸变系数,p1,p2为切向畸变系数,A=a3X+b3Y+γ3;(f)根据旋转矩阵的单位正交性,建立以下约束方程(g)通过约束最小二乘平差可以求解出畸变系数k1,p1,p2,内方位元素(x0,y0)和f,外方位元素a1,b1,c1,a2,b2,c2,a3,b3,c3和Xs,Ys,Zs;步骤二、虚拟立体视觉三维重建(a)控制高速相机在滑块上从左到右在带零刻度的滑轨上匀速滑动,高速相机初始位置滑块底部指针指向零刻度,间隔时间t进行一次拍摄,直到滑块滑到滑道最右端,完成本次虚拟立体视觉监测过程;(b)通过图像识别出每张图像中滑块底部指针指向滑轨刻度的读数Ti,i=1,2,……,n;(c)对拍摄到的n张图像,特征提取并匹配标志点...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘志平,杨磊,李桂南,查剑锋,郭广礼,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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