本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺及人工智能領(lǐng)域，具體涉及一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法。

背景技術(shù)：

1、爐襯厚度變化狀況及爐襯缺陷檢測與爐子的穩(wěn)定和安全生產(chǎn)密切相關(guān)，因此對于冶金行業(yè)人員和相關(guān)研究者來說，爐襯蝕損監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用具有重大意義。而近年來，經(jīng)過國內(nèi)外研究者的不斷開發(fā)和創(chuàng)新，在爐襯厚度監(jiān)測技術(shù)方面取得了一定的成效。爐襯的測厚技術(shù)種類多，原理也各不相同，到目前為止主要可以分為兩類：接觸式和非接觸式。接觸式測厚中主要包括電容測厚法、電阻測厚法、熱電偶測厚法和超聲波測厚法，但是這些方法都需要將特質(zhì)的傳感器置于爐襯內(nèi)部，會(huì)對爐襯造成一定的損害，而且一旦發(fā)生損壞則難以進(jìn)行維修，同時(shí)其測量的范圍固定不靈活，精度較低；而非接觸式測厚主要包括射線式測厚法和紅外熱成像測厚法，這些方法雖然屬于無損測量，但射線式測厚法會(huì)對人體和環(huán)境造成危害，紅外熱成像測厚法則易受環(huán)境干擾。因此，目前的爐襯厚度檢測方法均存在需要改進(jìn)的地方。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述爐襯測厚方法存在的不足，本發(fā)明提供一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法。利用結(jié)構(gòu)光相機(jī)與激光雷達(dá)，能快速、大范圍、高精度的對爐襯進(jìn)行測厚，且不會(huì)對爐襯進(jìn)行破壞情況下，受環(huán)境影響較小。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法；該方法基于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)光相機(jī)由rgb相機(jī)和紅外相機(jī)構(gòu)成，激光雷達(dá)選擇單線激光雷達(dá)；所述方法包括以下步驟：

4、步驟1)rgb相機(jī)和紅外相機(jī)的標(biāo)定，得到各自的內(nèi)外參矩陣，內(nèi)外參矩陣表示相機(jī)內(nèi)部、相機(jī)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息；

5、步驟2)rgb相機(jī)和紅外相機(jī)采集到的圖片數(shù)據(jù)不在同一個(gè)坐標(biāo)系，因此將彩色圖像和深度圖像對齊，實(shí)現(xiàn)圖片的坐標(biāo)統(tǒng)一以及像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)的獲?。?/p>

6、步驟3)對結(jié)構(gòu)光相機(jī)拍攝的前后兩次基準(zhǔn)靶標(biāo)圖片利用深度學(xué)習(xí)方法識別出靶標(biāo)在圖片中的具體區(qū)域，提取區(qū)域中的多組三維特征點(diǎn)并進(jìn)行匹配，計(jì)算結(jié)構(gòu)光相機(jī)的前后位姿變換矩陣，實(shí)現(xiàn)相機(jī)位姿估計(jì)；

7、步驟4)結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)聯(lián)合標(biāo)定，得到兩個(gè)傳感器之間的位置變換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)將雷達(dá)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相機(jī)坐標(biāo)系中；

8、步驟5)利用相機(jī)位姿估計(jì)結(jié)果，將前后兩次激光雷達(dá)采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)相機(jī)坐標(biāo)系下對比，實(shí)現(xiàn)前后兩次爐襯厚度及其變化情況。

9、進(jìn)一步的，所述步驟1)中，選取一個(gè)棋盤格標(biāo)定板，穩(wěn)定置于結(jié)構(gòu)光相機(jī)視野范圍內(nèi)，同時(shí)將紅外補(bǔ)光燈置于合適距離照射棋盤格標(biāo)定板，并用黑膠帶將紅外相機(jī)的紅外發(fā)射器完全擋??；用結(jié)構(gòu)光相機(jī)拍攝多幅不同角度下的棋盤格標(biāo)定板圖片；對圖片進(jìn)行標(biāo)定，獲得rgb相機(jī)和紅外相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)。

10、進(jìn)一步的，所述步驟2中)，設(shè)空間中存在一點(diǎn)，由于rgb相機(jī)和紅外相機(jī)處在不同的空間位置，因此該點(diǎn)在rgb相機(jī)坐標(biāo)系下和在紅外相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)不同；根據(jù)小孔成像模型、投影關(guān)系以及各相機(jī)內(nèi)參，可得到該點(diǎn)在rgb相機(jī)和紅外相機(jī)下的像素坐標(biāo)；再根據(jù)兩個(gè)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)從紅外相機(jī)的像素坐標(biāo)到rgb相機(jī)的像素坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換；而在計(jì)算聯(lián)系兩個(gè)坐標(biāo)系的變換矩陣時(shí)，運(yùn)用rgb相機(jī)和紅外相機(jī)的外參矩陣，再根據(jù)相機(jī)模型轉(zhuǎn)換關(guān)系公式算出聯(lián)系兩個(gè)相機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣；最后根據(jù)各內(nèi)外參數(shù)及變換矩陣關(guān)系實(shí)現(xiàn)彩色圖像和深度圖像的對齊。

11、進(jìn)一步的，所述步驟2)中，所述的對齊操作，只能讓彩色圖像去對齊到深度圖像，因?yàn)椴噬珗D像不含深度信息，不能實(shí)現(xiàn)從像素坐標(biāo)到點(diǎn)云坐標(biāo)的變換，因此需要深度圖像去對齊到彩色圖像，因?yàn)樯疃葓D像內(nèi)含深度信息才能實(shí)現(xiàn)對齊。

12、進(jìn)一步的，所述步驟3)中，將相機(jī)拍攝到的前后兩張基準(zhǔn)靶標(biāo)圖片，先經(jīng)過步驟1)和步驟2)處理之后獲得圖片的彩色和深度信息；再對前后兩張圖片輸入到基準(zhǔn)靶標(biāo)目標(biāo)檢測模型中，獲得準(zhǔn)確的感興趣區(qū)域(基準(zhǔn)靶標(biāo)區(qū)域)的像素坐標(biāo)；在感興趣區(qū)域中對特征點(diǎn)進(jìn)行提取，用特征點(diǎn)對應(yīng)的特征描述子向量間的歐氏距離作為判定特征點(diǎn)是否相似的度量依據(jù)；將提取到的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，形成特征對應(yīng)關(guān)系；對這些匹配點(diǎn)對進(jìn)行誤匹配點(diǎn)刪除操作，將匹配點(diǎn)對中誤差較大的配對點(diǎn)進(jìn)行刪除。將處理過后的匹配點(diǎn)對采用icp(iterative?closest?point，迭代最近點(diǎn))粗配準(zhǔn)方法，根據(jù)這些已知配對關(guān)系的特征點(diǎn)對計(jì)算得到一個(gè)變換矩陣，將這個(gè)結(jié)果作為迭代操作中的初始值；將icp粗配準(zhǔn)計(jì)算得到的變換矩陣值當(dāng)作初始值，對原始特征點(diǎn)集進(jìn)行迭代計(jì)算，當(dāng)前位姿變換下選擇最優(yōu)對應(yīng)點(diǎn)對，計(jì)算最優(yōu)位姿變換；接著應(yīng)用該變換，再尋找最優(yōu)對應(yīng)點(diǎn)對，計(jì)算新的最優(yōu)位姿變換，直到滿足正確配準(zhǔn)的收斂精度要求或達(dá)到最大迭代次數(shù)，得到最終的位姿變換矩陣。

13、進(jìn)一步的，所述步驟4)中，由于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)的實(shí)際空間位置不重合，因此獲得的數(shù)據(jù)不在同一個(gè)坐標(biāo)系下，利用兩個(gè)傳感器識別到的相同特征間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定，得到兩者之間的變換矩陣；結(jié)構(gòu)光相機(jī)通過識別棋盤格標(biāo)定板上的特征角點(diǎn)來計(jì)算標(biāo)定板平面在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；激光雷達(dá)激光束打在標(biāo)定板上，利用激光點(diǎn)在激光坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)構(gòu)建平面約束來求解外參；最后利用非線性最小二乘進(jìn)行求解，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)之間的變換關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系中；

14、進(jìn)一步的，所述步驟5)中，由于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)的位置保持相對不動(dòng)，因此結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)只需進(jìn)行一次聯(lián)合標(biāo)定，得到兩者之間的變換矩陣即可；在激光雷達(dá)采集爐襯數(shù)據(jù)之前，需要結(jié)構(gòu)光相機(jī)拍攝基準(zhǔn)靶標(biāo)圖片，根據(jù)前后兩次的圖片計(jì)算出相機(jī)位姿變換矩陣；

15、進(jìn)一步的，所述步驟5)中，當(dāng)激光雷達(dá)在與上一次采集的位置發(fā)生旋轉(zhuǎn)平移變化時(shí)，采集到的前后兩次雷達(dá)數(shù)據(jù)是不在同一個(gè)坐標(biāo)系下的，因此數(shù)據(jù)沒有對比意義，所以，當(dāng)激光雷達(dá)采集完成后，對采集到的前后兩次爐襯的雷達(dá)數(shù)據(jù)，經(jīng)過步驟1)到步驟4)之后，才能將前后兩次雷達(dá)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)對比，最終得出爐襯厚度及其變化情況。

16、本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：本發(fā)明通過使用結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)的多傳感器融合的方式，利用視覺算法，能實(shí)現(xiàn)將前后兩次采集到的爐襯數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)爐襯測厚及其變化情況；相比現(xiàn)有的方法，該方法通過視覺方法，融合多傳感器信息，實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)坐標(biāo)系的統(tǒng)一，最終能在不損壞爐襯情況下，在不會(huì)對環(huán)境造成危害且受環(huán)境影響較小的同時(shí)，能快速、大范圍、高精度的對爐襯進(jìn)行測厚和監(jiān)測。

技術(shù)特征：

1.一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，其特征在于：測厚方法基于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)光相機(jī)包括rgb相機(jī)和紅外相機(jī)；方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，其特征在于：所述步驟1)的具體過程如下：

3.如權(quán)利要求1所述的一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，其特征在于：所述步驟2)的具體過程如下：

4.如權(quán)利要求1所述的一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，其特征在于：所述步驟3)的具體過程如下：

5.如權(quán)利要求1所述的一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，其特征在于：所述步驟4)中，由于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)的實(shí)際空間位置不重合，因此獲得的數(shù)據(jù)不在同一個(gè)坐標(biāo)系下；具體過程如下：

6.如權(quán)利要求1所述的一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，其特征在于：所述步驟5)中，基于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)的位置保持相對不動(dòng)，結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)只需進(jìn)行一次聯(lián)合標(biāo)定，得到兩者之間的變換矩陣即可；在激光雷達(dá)采集爐襯數(shù)據(jù)之前，需要結(jié)構(gòu)光相機(jī)拍攝基準(zhǔn)靶標(biāo)圖片，根據(jù)前后兩次的圖片計(jì)算出相機(jī)位姿變換矩陣。

技術(shù)總結(jié)
一種面向中頻爐的多傳感器爐襯測厚方法，該方法采用視覺算法，基于結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，其過程如下：首先進(jìn)行RGB相機(jī)和紅外相機(jī)的標(biāo)定，得到各自的內(nèi)外參矩陣；其次將RGB相機(jī)和紅外相機(jī)對齊，得到三維信息；再通過目標(biāo)檢測模型識別出參考靶標(biāo)，在靶標(biāo)區(qū)域中提取多組三維特征點(diǎn)計(jì)算得到結(jié)構(gòu)光相機(jī)變換矩陣，即實(shí)現(xiàn)位姿估計(jì)；接著對結(jié)構(gòu)光相機(jī)和激光雷達(dá)聯(lián)合標(biāo)定；最后將相機(jī)位姿估計(jì)結(jié)果和聯(lián)合標(biāo)定結(jié)果作用于多次測量下的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)前后兩次雷達(dá)數(shù)據(jù)在同一個(gè)坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)爐襯的測厚和監(jiān)測；本發(fā)明能在不損壞爐襯情況下，在不會(huì)對環(huán)境造成危害且受環(huán)境影響較小的同時(shí)，能快速、大范圍、高精度的對爐襯進(jìn)行測厚和監(jiān)測。

技術(shù)研發(fā)人員：楊旭升,麻煒,史秀紡,張文安,付明磊,楊平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6