基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法，通过摄像机对激光束图像进行采集，利用Hough变换对采集的激光束进行直线检测，分别得到平行激光束和水平激光束的直线方程；建立基于两点三线的掘进机位姿解算模型，根据水平激光束的直线方程和平行激光束的直线方程，得到摄像机在定位模型坐标系下的位姿信息，结合掘进机机身坐标系与摄像机坐标系间的转换关系，得到掘进机机身在定位模型坐标下的位姿信息；最后采用全站仪测量激光指向仪绝对坐标，获得激光指向仪在巷道坐标系下坐标，从而得到定位模型坐标系与巷道坐标系的转换关系，结合掘进机机身在定位模型坐标下的位姿信息，最终得到掘进机机身在巷道坐标下的俯仰角、偏航角、翻滚角和位置信息。

A monocular vision measurement method for the position and posture of roadheader fuselage based on linear positioning model

The invention discloses a monocular vision measurement method for the position and attitude of the roadheader fuselage based on the linear positioning model. The laser beam image is collected by the camera, and the collected laser beam is detected by Hough transform, and the linear equations of parallel laser beam and horizontal laser beam are obtained respectively. The roadheader position and attitude calculation model based on two points and three lines is established, and the horizontal laser beam is detected by Hough transform. The position and pose information of the camera in the coordinate system of the positioning model is obtained by the linear equation and the linear equation of the parallel laser beam. Combining the transformation relationship between the coordinate system of the roadheader fuselage and the camera coordinate system, the position and pose information of the roadheader fuselage in the coordinate system of the positioning model is obtained. Finally, the absolute coordinate of the laser pointer is measured by the total station, and the laser pointer sits in the coordinate system of the roadway is obtained. The conversion relationship between the coordinate system of the positioning model and the coordinate system of the roadway is obtained. The pitch angle, yaw angle, roll angle and position information of the roadway body under the coordinate of the positioning model are finally obtained by combining the position and posture information of the roadway body under the coordinate of the positioning model.

【技术实现步骤摘要】
基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法
本专利技术属于矿用设备运行状态监测领域，尤其涉及一种基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法。
技术介绍
掘进机机身位姿是掘进机工况重要参数，因此掘进机机身位姿检测非常必要。目前煤矿井下掘进机机身位姿测量方法有：基于全站仪的位姿测量系统、基于惯性传感器的位姿测量系统，以及基于机器视觉的位姿测量系统三种。煤矿井下测量环境恶劣，视线易被遮挡，导致基于全站仪的测量系统测量结果不准确。基于惯性传感器的测量系统受设备振动以及惯性传感器本身的累积误差等因素的影响。与现有的矿用设备位姿检测方法相比，视觉定位能够利用特征标靶、机载稳像等方法更好的解决煤矿井下掘进机机身测量问题。对于处理煤矿井下掘进机机身的定位有较大优势。因此，利用机器视觉实现掘进机机身位姿测量是获取掘进机工况参数的一种新方法。目前,采用机器视觉技术实现掘进机机身位姿测量,国内尚属先例，因此研究实际工况中基于机器视觉技术的掘进机机身位姿测量具有非常重要的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法，能够自动测量出掘进机机身位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在掘进工作面的巷道顶部安置轨道，轨道上安装两个可沿垂直于掘进方向移动的激光指向仪，保证两个激光指向仪发出两个平行激光束，轨道上再另外安装一个激光指向仪，发出的水平激光束垂直于上述平行激光束，通过固定安装在掘进机上的摄像机对两个平行激光束和一个水平激光束图像进行采集；步骤二、采用适用于激光束图像的Retinex多尺度增强预处理算法消除步骤一采集到的激光束图像噪声，增强激光束和背景的对比度；步骤三、对步骤二去噪后的激光束图像进行聚类分割；步骤四、利用Canny边缘检测方法对步骤三激光束图像聚类分割结果进行处理...

【技术特征摘要】
1.一种基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在掘进工作面的巷道顶部安置轨道，轨道上安装两个可沿垂直于掘进方向移动的激光指向仪，保证两个激光指向仪发出两个平行激光束，轨道上再另外安装一个激光指向仪，发出的水平激光束垂直于上述平行激光束，通过固定安装在掘进机上的摄像机对两个平行激光束和一个水平激光束图像进行采集；步骤二、采用适用于激光束图像的Retinex多尺度增强预处理算法消除步骤一采集到的激光束图像噪声，增强激光束和背景的对比度；步骤三、对步骤二去噪后的激光束图像进行聚类分割；步骤四、利用Canny边缘检测方法对步骤三激光束图像聚类分割结果进行处理；步骤五、利用Hough变换对步骤四得到的激光束图像进行直线检测，分别得到平行激光束和水平激光束的直线方程；步骤六、利用步骤五提取的水平激光束和平行激光束的直线方程，建立基于两点三线的掘进机位姿解算模型，得到摄像机在定位模型坐标系下的俯仰角α、偏航角β和翻滚角γ和位置信息，结合掘进机机身坐标系与摄像机坐标系间的转换关系，得到掘进机机身在定位模型坐标下的俯仰角、偏航角、翻滚角和位置信息；步骤七、最后采用全站仪测量激光指向仪绝对坐标，获得激光指向仪在巷道坐标系下坐标，从而得到定位模型坐标系与巷道坐标系的转换关系，根据步骤六得到的掘进机机身在定位模型坐标下的俯仰角、偏航角、翻滚角和位置信息，从而得到掘进机机身在巷道坐标下的俯仰角、偏航角、翻滚角和位置信息。2.如权利要求1所述的一种基于直线定位模型的掘进机机身位姿单目视觉测量方法，其特征在于，步骤六建立基于两点三线的掘进机位姿解算模型的具体过程如下：步骤(1)、建立巷道坐标系OnXnYnZn和摄像机坐标系OcXcYcZc；L1,L3为平行激光束，L2为水平激光束，假设Li(i＝1,2,3)的单位方向向量为Vi(Ai,Bi,Ci)，水平激光束和平行激光束的交点为P1，P2，建立以激光束两交点中心为原点的定位模型坐标系OXYZ,P1在图像上的投影为p1(x1,y1,z1)，P2在图像上的投影为p2(x2,y2,z2)，激光束Li在图像平面的投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭辉，杨文娟，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61