一種基于圖像特征估計(jì)堆料體積變化率的方法
【專利說(shuō)明】一種基于圖像特征估計(jì)堆料體積變化率的方法
[0001] ( - )技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于視頻監(jiān)控、視頻圖像處理與分析技術(shù)及機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種 基于圖像特征估計(jì)堆料體積變化率的方法。
[0002] (二)【背景技術(shù)】 近年來(lái)，諸多的煤炭、鋼鐵、用于焚燒處理的垃圾資源等堆料物體失竊事件，令企業(yè)對(duì) 于工業(yè)中的堆料管理安全防范的需求越來(lái)越大。工業(yè)中的堆料安全管理是當(dāng)今企業(yè)面臨的 一大難題，尤其是鋼鐵、煤礦、電力、冶金、有色金屬等行業(yè)的散堆原料安全管理更是生產(chǎn)管 理中重要的組成部分。傳統(tǒng)的采用人工監(jiān)控的方法已無(wú)法滿足需求，實(shí)時(shí)、高效地檢測(cè)出堆 料場(chǎng)原料的體積變化情況并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，可為企業(yè)避免數(shù)以百萬(wàn)、千萬(wàn)計(jì)的成本資 金的流失。
[0003] 在實(shí)際的物料管理中，人們?cè)诖蠖鄶?shù)情況下只關(guān)注物料體積有無(wú)變化和變化比 率，而并非關(guān)心具體物料體積的數(shù)值。在當(dāng)前市場(chǎng)上安防產(chǎn)品和行業(yè)解決方案中，尚沒(méi)有檢 測(cè)堆料體積變化率的功能。然而，通常用于測(cè)量堆料體積變化率方法大致有三種:稱重計(jì)量 法、非接觸測(cè)量法和圖像識(shí)別法。
[0004] 稱重計(jì)量法通過(guò)專用的出入通道采用地秤稱量出入通道的貨物。這種方法雖然能 夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)體積變化率，但對(duì)設(shè)備有較高的要求，成本較高，并且對(duì)計(jì)量的規(guī)范性操作 要求高，耗時(shí)耗力卻不能達(dá)到節(jié)省資源的目的。
[0005] 非接觸測(cè)量法使用GPS測(cè)距、紅外線測(cè)距或者激光測(cè)距來(lái)測(cè)量物體表面離探頭的 距離，然后利用空間的三點(diǎn)能確定三維坐標(biāo)的原理，將三個(gè)以上的探頭數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到 物體的三維形態(tài)，之后對(duì)數(shù)字化物體重積分得到堆料的體積，經(jīng)不同時(shí)段的兩次測(cè)量可得 到體積的變化率?，F(xiàn)有的一種基于動(dòng)態(tài)三維激光掃描的大型不規(guī)則散糧堆體積測(cè)量方法， 該方法使用二維激光雷達(dá)掃描儀經(jīng)導(dǎo)軌移動(dòng)測(cè)量堆表面二維信息，并通過(guò)距離傳感器獲取 的行程數(shù)據(jù)相匹配，生成附以坐標(biāo)的點(diǎn)云圖陣，經(jīng)曲面集合成不規(guī)則散糧堆形貌，進(jìn)而給出 其體積。該方法硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、維護(hù)不便，檢測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜，各裝置間通 過(guò)電纜連接，而電纜的長(zhǎng)度有限，一旦堆料場(chǎng)的長(zhǎng)度超過(guò)原有電纜的長(zhǎng)度，就需要重新調(diào)配 和布置。其次，利用設(shè)備返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行堆料表面建模需經(jīng)過(guò)激光光斑提取、三維坐標(biāo)計(jì) 算、地面點(diǎn)過(guò)濾、離散點(diǎn)云處理等過(guò)程，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，不適用于實(shí)時(shí)場(chǎng)景，因此不能得到大規(guī) 模的應(yīng)用。
[0006] 圖像識(shí)別法是從兩個(gè)以上的觀測(cè)點(diǎn)來(lái)觀測(cè)同一物體，獲取不同觀測(cè)角的圖像，再 利用三角測(cè)量計(jì)算不同視角圖像的視差，從而得到物體的三維立體數(shù)據(jù)。該類方法需要利 用多個(gè)攝像機(jī)拍攝的不同角度的場(chǎng)景，同時(shí)需要很多復(fù)雜的技術(shù)過(guò)程:立體匹配、三維信息 恢復(fù)、匹配精度等，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)。
[0007] (三)
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于圖像特征估計(jì)堆料體積變化率的方 法，可實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)堆料體積變化率，無(wú)需手動(dòng)測(cè)量檢測(cè)，避免了安裝、維護(hù)測(cè)量設(shè)備、復(fù)雜 的操作等過(guò)程，大大降低了投入成本，提高了測(cè)量效率。
[0008] 本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種基于圖像特征估計(jì)堆料體積變化率的方法，其特征是:包括以下步驟： (1 )、根據(jù)攝像機(jī)拍攝的圖像，獲取前端采集的圖像； (2)、根據(jù)獲取的圖像，設(shè)定基準(zhǔn)堆料狀態(tài)； (3 )、分析基準(zhǔn)堆料狀態(tài)圖像，估算其基準(zhǔn)體積； (4)、達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，再次估算堆料體積； (5 )、利用兩次得到的體積值，計(jì)算體積變化率。
[0009] 優(yōu)選的，在步驟(2)中，選取某一時(shí)刻的視頻圖像，取該時(shí)刻的堆料狀態(tài)作為測(cè)定 體積變化率的基準(zhǔn)狀態(tài)，以基準(zhǔn)狀態(tài)的堆料體積作為初始體積，在此基礎(chǔ)上檢測(cè)堆料體積 的變化。
[0010] 優(yōu)選的，在步驟(3)中，估算堆料基準(zhǔn)體積的步驟為:提取圖像特征，識(shí)別出圖像中 的堆料區(qū)域;建立堆料區(qū)域的三維立體模型，將建立的三維立體模型與圖像中的堆料區(qū)域 進(jìn)行融合，得到堆料的立體估計(jì)模型;計(jì)算該立體模型的體積，將其作為測(cè)量堆料體積變化 率的體積估計(jì)值。
[0011] 優(yōu)選的，在步驟(4)中，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，再一次根據(jù)當(dāng)前的堆料狀態(tài)按步驟(3) 的方法估算堆料的體積。
[0012] 優(yōu)選的，在步驟(5)中，根據(jù)設(shè)定的堆料基準(zhǔn)狀態(tài)，利用獲取的基準(zhǔn)狀態(tài)立體模型 的體積值，與后續(xù)得到的立體模型體積，得到堆料體積變化率。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是:實(shí)現(xiàn)了工業(yè)中堆料的智能監(jiān)管，解決了傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)中單 純通過(guò)人工監(jiān)控進(jìn)行堆料安全防范存在的耗費(fèi)高、效率低等問(wèn)題;僅利用一個(gè)攝像機(jī)拍攝 的場(chǎng)景，大大降低了投入成本;對(duì)單幅二維圖像進(jìn)行識(shí)別，依據(jù)堆料的形態(tài)特征進(jìn)行三維估 計(jì)建模，避免了依據(jù)激光光斑距離及坐標(biāo)信息經(jīng)地面點(diǎn)過(guò)濾進(jìn)行三維立體重建等復(fù)雜的過(guò) 程;設(shè)定基準(zhǔn)時(shí)刻的堆料狀態(tài)，可實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)堆料體積變化率，無(wú)需手動(dòng)測(cè)量檢測(cè)，避免 了安裝、維護(hù)測(cè)量設(shè)備、復(fù)雜的操作等過(guò)程。
[0014] (四）【附圖說(shuō)明】 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015] 附圖1為本發(fā)明的工作流程圖； 附圖2為本發(fā)明的估算基準(zhǔn)體積流程圖； 附圖3為本發(fā)明的堆料區(qū)域提取流程圖； 附圖4為本發(fā)明的三維立體建模流程圖； (五)【具體實(shí)施方式】 附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。該實(shí)施例包括以下步驟：（1)、根據(jù)攝像機(jī)拍攝的圖 像，獲取前端采集的圖像；（2)、根據(jù)獲取的圖像，設(shè)定基準(zhǔn)堆料狀態(tài)；（3)、分析基準(zhǔn)堆料狀 態(tài)圖像，估算其基準(zhǔn)體積；（4)、達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，再次估算堆料體積；（5)、利用兩次得到 的體積值，計(jì)算體積變化率。在步驟(2)中，選取某一時(shí)刻的視頻圖像，取該時(shí)刻的堆料狀態(tài) 作為測(cè)定體積變化率的基準(zhǔn)狀態(tài)，以基準(zhǔn)狀態(tài)的堆料體積作為初始體積，在此基礎(chǔ)上檢測(cè) 堆料體積的變化。在步驟(3)中，估算堆料基準(zhǔn)體積的步驟為:提取圖像特征，識(shí)別出圖像中 的堆料區(qū)域;建立堆料區(qū)域的三維立體模型，將建立的三維立體模型與圖像中的堆料區(qū)域 進(jìn)行融合，得到堆料的立體估計(jì)模型;計(jì)算該立體模型的體積，將其作為測(cè)量堆料體積變化 率的體積估計(jì)值。在步驟(4)中，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，再一次根據(jù)當(dāng)前的堆料狀態(tài)按步驟(3) 的方法估算堆料的體積。在步驟(5)中，根據(jù)設(shè)定的堆料基準(zhǔn)狀態(tài)，利用獲取的基準(zhǔn)狀態(tài)立 體模型的體積值，與后續(xù)得到的立體模型體積，得到堆料體積變化率。
[0016]采用本發(fā)明的一種基于圖像特征估計(jì)堆料體積變化率的方法，具體步驟如下： 步驟101，根據(jù)攝像機(jī)拍攝的圖像，獲取前端采集的圖像。
[0017]步驟102，根據(jù)獲取的圖像，設(shè)定基準(zhǔn)堆料狀態(tài)。
[0018] 步驟103,分析基準(zhǔn)堆料狀態(tài)圖像，估算基準(zhǔn)體積。
[0019] 步驟104，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，再次估算體積。
[0020] 步驟105,利用兩次得到的體積值，計(jì)算體積變化率。
[0021 ]步驟102中，選取某一時(shí)刻的視頻圖像，設(shè)定該時(shí)刻的堆料狀態(tài)作為測(cè)定體積變化 率的基準(zhǔn)狀態(tài)。以基準(zhǔn)狀態(tài)的堆料體積作為初始體積，在此基礎(chǔ)上檢測(cè)堆料體積的變化，進(jìn) 而進(jìn)行體積變化率的計(jì)算。
[0022]步驟103中，根據(jù)圖像特征估算基準(zhǔn)狀態(tài)的堆料體積，作為測(cè)定體積變化率的基準(zhǔn) 體積。將前端采集的視頻圖像進(jìn)行灰度化處理，得到其灰度圖像;針對(duì)灰度圖像提取能夠區(qū) 分堆料區(qū)域與非堆料區(qū)域的相關(guān)特征，識(shí)別出圖像中的堆料區(qū)域;依據(jù)圖像中堆料的實(shí)際 外貌形態(tài)設(shè)置模型參數(shù)并建立相應(yīng)的立體模型;將建立的立體模型與圖像中的堆料區(qū)域進(jìn) 行融合，也就是將立體模型對(duì)應(yīng)的非堆料部分進(jìn)行裁剪，從而得到堆料的立體估計(jì)模型;計(jì) 算該立體模型的體積作為測(cè)量堆料體積變化率