本实用新型专利技术提供一种针对于煤矿井下煤仓图像环境的基于图像处理的料仓料位检测装置。该装置包含一个采用程序调节镜头焦距的数字相机、一组辅助照明设备、一个基于DSP的数字图像处理设备、其提供RS485通信接口可以直接与煤矿井下分站连接，实现远程监控。数字相机和数字图像处理设备之间采用USB通信方式。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种料仓的料位检测装置。本技术具体涉及采用程序控制焦 距调节的数字相机进行图像拍摄、采用环形照明设备进行辅助照明、采用基于DSP的图像 处理设备进行图像处理得出料仓料位值，并采用现场总线连接矿井监控系统。
技术介绍
煤矿井下煤仓料位检测是安全生产的重要措施。多年来人们采用各种方法对料仓 料位进行检测。常用的检测方法有重锤式、电极式、电容式、机杆式、称重式、回转翼轮式、 雷达式、超声波式、激光式、核子式等。其中重锤式、电极式、电容式、机杆式、称重式和回转 翼轮式属于接触式测量方法，其余的为非接触式测量方法。可以进行极限位置测量的方法 有重锤式、电极式、核子式和激光式。可进行煤位连续测量的方法有雷达式、超声波式、 机杆式、称重式、核子式、激光式等。采用图像处理的方式进行深度测量应用广泛。目前采用的多是采用数字相机自动 对焦，直接拍摄图像，然后经过图像处理进行深度，高度测量。见专利公开号为CN1378086 的专利技术专利，然而，对于煤矿井下煤仓这种特殊的料仓环境，图像拍摄环境特别恶劣，存在 以下特点(1)料仓中粉尘浓度大、湿度大，照度低。(2)料仓中照度波动频繁，例如煤矿井下大型设备很多，电网扰动大，造成照度波动。因此，由于特殊的图像环境，采用普通的图像处理方式进行深度测量的方法不能 得到满足图像处理要求的适合的图像，难以实现长期可靠、准确的检测。专利公开号为CN101270981是一种基于机器视觉的料位测量方法与装置，提出了 针对煤矿井下料仓的料位检测方法，然而这种方法可靠性难以保证，也只能作为静态的连 续测量，不能作为动态的极限位置测量，难以实际应用。技术问题而由于料仓的图像环境特殊，采用目前已有的方式，具有以下问题(1)数字相机难以自动对焦、拍得可靠的图像；(2)根据此类图像进行料位测量的方法可靠度、精度低；由于料仓是一个封闭、半封闭的环境，设备运行情况的监控和校验困难，没有一个 基于检测系统的可靠度、精度评价的自检机制，系统可靠性无法得到保证，难以实际应用。
技术实现思路
本技术拟解决的技术问题是1煤矿井下煤仓由于照度低、粉尘大，数字相机自动对焦困难、难以拍得可靠的图 像；2现有的图像处理方式进行料位测量的方法可靠度、精度低。本实用 新型采用的技术方案是系统装置组成本技术装置包含一个采用程序调节镜头焦距的数字相机及其镜头(1)、一组 辅助照明设备(2)、一个基于DSP的数字图像处理设备(3)、其提供RS485通信接口可以直 接与煤矿井下分站连接，实现远程监控，一个以上设备的封装外壳及固定装置(4)。一个带 有透明拍摄窗口的密封罩(5)，一个密封罩的除尘装置(6)。装置煤仓布置图如图1所示。装置结构及封装图如图2所示数字相机及其镜头(1)数字相机及其镜头(1)应安装在料仓的顶部，避开料仓下料口及相关下料口的设 施、以免被阻挡拍摄角度。数字相机应可以采用程序控制调节镜头焦距，并带有一个USB总 线接口。辅助照明设备(2):辅助照明设备(2)采用一组射灯(7)，射灯选用本安防爆射灯，其中一个邻近数字 相机(1)设置，其余呈等分角度设置于煤仓仓壁圆周上。光源采用单色光源，选择波长较长 的红光光源。根据煤仓的实际尺寸及环境选择射灯数量，辅助照明布置如图3所示，这里选 择的是射灯数量N = 8，煤仓的尺寸大及粉尘较大时选用较多的射灯数量。辅助照明系统主要针对例如煤矿井下煤仓这一类图像环境特别恶劣的料仓的图 像特点设计，料仓图像成像有两个主要难点，一是受安全生产条件约束，料仓环境存在粉尘 浓度大、湿度大的特点，造成照度衰减很快，且泛光不足；二是出于安全考虑，照明功率应尽 量低。采用多角度照明设计，能有效克服以上困难。基于DSP的数字图像处理设备(3)基于DSP的数字图像处理设备(3)实现以下功能按照预设程序控制数字相机拍 摄图像，并对图像进行处理，计算得到料位值，同时实时的进行料位检测过程进行可靠性监 测，并将相关控制信息、料位检测结果、系统运行情况通过通信接口与煤矿矿井监控系统连 接，实现远程监控。实现方式如下(1)与数字相机通信，控制数字相机拍摄图像，并接收数字相机拍摄的图像。与数 字相机通信采用USB通信方式。通信数据流包括数字图像、控制信息(DSP-USB数据流如 图4所示)。(2)根据拍摄方法的不同，分别对图像进行存储、处理，得到料位值与相关的系统 运行可靠性情况。(3)与煤矿井下分站实现通信，接收分站的控制信息，将相关控制信息、料位检测 结果、系统运行情况传送至分站，实现矿井监控系统对料位检测系统装置的远程控制功能。 与矿井监控系统通信采用RS485通信方式。通信数据流根据现场矿井监控系统的实际要求 包括料位信息、控制信息、系统可靠性报告、设备号以及设备运行状态信息等(DSP-RS485 数据流如图5所示)，DSP选用芯片TMS320DM672芯片。功能框图如图6示。RS485通信模块选用MAX485芯片。RS 485总线是一种通信总线，DSP芯片本身不 具备RS 485总线接口，采用两个485通信芯片MAX485可以把TMS320DM672的串口 RXD和TXD的TTL电平转换为RS 485电平，TMS320DM672的RXD和TXD引脚分别连接到第一片485 通信芯片RO和第2片485通信芯片DI的引脚。TMS320DM672的SPISIM0和SPIS0MI连接 到MAX485的使能引脚RE，用于控制TMS320DM672芯片的数据发送口挂接到总线上或和总线分离。RS485通信模块电路图如图7示。USB通信模块选用PDIUSBD12芯片，电路图如图8示。封装外壳及固定装置⑷与带有透明拍摄窗口的密封罩(5)连接，将采用程序调节镜头焦距的数字相机及 其镜头(1)、基于DSP的数字图像处理设备(3)、密封罩的除尘装置(6)的动力部分封装在 其内，并采用螺栓直接固定在煤仓顶部。封装外壳及固定装置(4)具有隔爆功能，采用圆筒形，上下截面带有法兰连接螺 孔，均安装底板，上下底板采用带有胶垫密封的螺栓连接与圆筒形的外壳主体，其中上底板 螺栓直接固定在煤仓顶部，上下底板均带有走线孔用于设备电缆走线，走线孔应在电缆铺 设完成后使用符合煤矿井下防爆标准的防爆材料进行密封处理以隔断空气；基于DSP的数 字图像处理设备(3)安装于上下底板密封的圆筒空间内；数字相机及其镜头(1)采用螺栓 连接安装于下底板上，带有透明拍摄窗口的密封罩(5)，采用半圆球形壳体，材料选用符合 煤矿井下防爆标准的防爆材料，采用带有胶垫密封的螺栓连接与下底板，(一组螺栓对装置 固定外壳的下部、下底板、密封罩进行连接)。密封罩的除尘装置(6)密封罩的除尘装置(6)为半圆形刷，形状与密封罩(5)的外壳吻合并紧贴其上。半 圆形刷以半圆的直径为轴，往复动作，动作一次成180度，恰好每次动作能够将密封罩(5) 表面清洁一次，除尘装置(6)的动力机构采用本安防爆电机。安装于上下底板密封的圆筒 空间内，转动轴安装于密封罩(5)内。图像处理过程基于区间收敛的料仓料位检测方法将深度为h的料仓粗分为N等份(粗分档)， 按照物距对应划分的档位，采用程序控制方式调节数字相机镜头焦距拍摄图像，得到对应 划分档位的一组N幅图像，对图像进行预本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于图像处理的煤矿井下煤仓料位检测装置，其特征在于：装置包含一个采用程序调节镜头焦距的数字相机及其镜头（１）、一个辅助照明设备（２）、一个基于ＤＳＰ的数字图像处理设备（３），其提供ＲＳ４８５通信接口可以直接与煤矿井下分站连接，实现远程监控；一个设备的封装外壳及固定装置（４），将采用程序调节镜头焦距的数字相机及其镜头（１）和基于ＤＳＰ的数字图像处理设备（３）封装在其内部；一个带有透明拍摄窗口的密封罩（５）；一个密封罩的除尘装置（６）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，赵春鹏，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：实用新型
国别省市：11
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