鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法技術

針對點云法存在的問題，本文提出了一種利用改進的Harris角點檢測與Hough變換檢測直線的鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接線標識算法，該算法利用直線方向直方圖法確定主方向，可使標識出的搭接線不會偏離主方向，避免了點云法中由于噪聲干擾頻繁出現標識出的搭接線明顯偏離的情況，從而提高了算法的魯棒性。同時，該算法針對未能標識出的搭接線還提供了補線算法，確保每一幅接頭圖像都能有正確完整的搭接線標識。分別使用點云法和本文提出的算法進行實驗，實驗結果驗證了該算法的標識的搭接線更加整齊美觀，提高了皮帶接頭搭接數識別的精度。

Lap joint marking and identification method for wire rope conveyor belt

In view of the existing point cloud method, this paper proposes a method of using improved Harris corner detection and Hough transform line detection of steel cord conveyor belt joint a wiring identification algorithm, to determine the main direction of this algorithm using line direction histogram method, overlapping line can make the identified will not deviate from the main direction, to avoid the noise the frequent overlapping line interference identified significantly deviated from the situation due to the point cloud method, which improves the robustness of the algorithm. At the same time, the algorithm also provides a line mending algorithm for the overlapping lines that fail to be identified, so as to ensure that each joint image has a correct and complete overlap line mark. The experiment is carried out by using the point cloud method and the algorithm proposed in this paper. The experimental results show that the overlapping line of the algorithm is more tidy and beautiful, and the accuracy of the identification of the lap joint number of the belt joint is improved.

【技術實現步驟摘要】
鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法
本專利技術涉及鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接線標記方法，具體為鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法。
技術介紹
鋼絲繩芯輸送帶是由許多柔軟的細鋼絲繩間隔一定的距離排列，通過與鋼絲繩有良好粘合性的膠料粘合而成。具有強度高、延伸性小、耐疲勞性好、使用壽命長、對帶輪的適應性強、成槽性好等特點，同其他類型的傳輸皮帶相比，在帶強相同的情況下，鋼絲繩芯輸送帶的厚度也是最小的。根據實際應用中不同的需要，它又被分為抗撕裂型鋼絲繩芯輸送帶、高耐磨型鋼絲繩芯輸送帶和難燃型鋼絲繩芯輸送帶。在工業生產中，鋼絲繩芯輸送帶的長度視應用場合不等，少則幾百米，多則幾千米不等，考慮到實際運輸、生產難度及市場需求等情況，一般情況下輸送帶以100m-300m多段搭接而成。鋼絲繩芯輸送帶接頭的搭接方式有一級、二級和三級這幾種，根據輸送帶的帶型、運輸強度、內部鋼絲繩芯的直徑、根數以及鋼繩芯之間的距離大小等諸多因素來確定，其中一級和二級搭接主要用于運輸強度小、鋼絲繩芯排列較為松散且直徑小的輸送帶，三級搭接方式適用于高、中強度輸送帶，圖1、圖2和圖3分別是接頭搭接方式為一級、二級和三級的示意圖。由于鋼絲繩芯輸送帶具有抗沖擊性好、拉伸強度大、使用伸長小、承受過載能力強，工作平穩可靠等優勢，已經被大范圍應用于煤礦、建材、物流、冶金等各行各業。輸送帶作為企業運輸的“大動脈”，將決定著企業的經濟效益，合理利用則減少人工勞作，提高生產效率，如若不能保證它的安全運行，可能會造成嚴重后果。輸送帶斷裂事故往往是由于沒有及時發現小缺陷并及時維修，小缺陷變成大缺陷造成的。特別對于產煤省份來說，煤礦企業眾多，一旦運輸機發生皮帶接頭斷裂的事故,導致運輸系統出現問題,那么企業的整體運作就會中斷。大功率的鋼絲繩芯帶式輸送機在滿負荷工作情況下,一旦輸送帶的接頭部分發生問題,如果未安裝斷帶保護裝置,或者安裝的斷帶保護裝置未發揮正常的作用,就會給沿途的帶式輸送機機架帶來破壞,導致托輥支架斷裂,地基松動以及沿途鋪設的線路及管路被破壞,嚴重時引起整個電路癱瘓或重大火災等事故；同時由于運輸物一般為礦產、金屬等質量較大物體,可能會對沿途的輸送帶產生縱向撕裂或橫向彎曲過度等損傷,以及運輸物在輸送帶由于高速運行導致的不規則滑動,破壞皮帶的表層,即使帶有覆蓋層保護的鋼繩芯皮帶也在所難免,而在運輸系統中，鋼繩芯皮帶的成本大約占到整體成本的50％，定點維修十分必要；若運輸物經常性地滑落到帶式輸送機的下方,還會破壞擺放在輸送機下端的機電系統設備,例如滾筒支架、檢測裝置和拉緊裝置等,甚至威脅到煤礦工人的人身安全,嚴重時發生死亡事故。若事故后想再次恢復投產運營,還需要大量的人力物力進行現場維修，不僅要讓煤礦停產,給企業帶來了嚴重的經濟損失，還造成了大量的人員待工，產生資源浪費，后果非常嚴重。通過傳統的人工檢測方法實施定期檢查已經不能滿足企業的要求，需要技術革新，開發“實時”在線檢測裝置，并生成接頭和缺陷損傷報告，以此及時檢修皮帶，以保證設備運行安全。準確地標記和識別出鋼芯皮帶接頭搭接是生成接頭和缺陷損傷報告的基礎，因此接頭搭接的準確標識是極其重要的。圖4為檢測到的接頭位置的圖像，如圖所示，在輸送帶接頭搭接處可以觀察到二排微小的白色間隙，因此可以判斷出此接頭采用的是三級搭接方式。根據檢測到的輸送帶接頭圖像的這一特點，可以通過提取接頭圖像數據的角點，根據角點的走勢，標記出輸送帶接頭的搭接線。通過劉振東、王曉凱等實現的鋼絲繩芯輸送帶在線檢測系統，將識別出的接頭圖片存儲到磁盤指定路徑下。讀取輸送帶接頭圖片，利用Harris算子對圖像數據進行計算，標記出接頭圖片中的角點，如圖5中的小亮點的三條線狀點云團簇，然后采用最小二乘法進行線性擬合，標記出搭接線，如圖6所示，這種方法稱之為點云法。上述點云法存在的問題是：噪聲干擾使得標識出的搭接線明顯偏離正確的位置，算法的魯棒性不足。接頭搭接線的標識受Harris角點檢測算法的閾值的影響較大。該閾值是通過經驗來設定的，閾值的大小直接影響到接頭圖像中Harris角點的個數，從而直接影響到擬合出直線的正確性(標識出的搭接線是否正確)。如果閾值設的太大，使得Harris角點個數減少，擬合出錯誤的搭接線或者無法擬合出搭接線；如果閾值設的太小，使得Harris角點個數增多，使得不屬于搭接線范圍內的角點也被顯示出來，造成搭接線的錯誤識別。如圖7和圖8所示，圖7為閾值太小的搭接線標識圖像，圖8為閾值太大的搭接線標識圖像。
技術實現思路
本專利技術為了解決點云法中閾值是通過經驗來設定、從而直接影響到擬合出直線的正確性的問題，提供了鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法。本專利技術是采用如下的技術方案實現的：鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法，包括以下步驟：(1)從指定路徑讀入鋼絲繩芯輸送帶接頭圖像；(2)對讀入的鋼絲繩芯輸送帶接頭圖像數據進行高斯模糊、銳化、濾波操作，去除圖像噪聲；(3)利用改進后的Harris角點檢測算法對圖像數據進行計算，標記出接頭圖像中的角點；改進后的Harris角點檢測算法的步驟為：(a)對圖像中的每個像素點進行計算求得水平差分算子Ix和豎直差分算子Iy，進而求得矩陣m中四個元素的值：其中Ix2＝Ix*Ix，Iy2＝Iy*Iy；(b)對矩陣m中的四個元素進行高斯平滑濾波，得到新的矩陣m；(c)根據新矩陣m來計算對應于每個像素點的角點量cim，得到角點量矩陣；(d)在角點量矩陣中，同時滿足“cim是某鄰域內的局部極大值”和“cim大于閾值”這兩個條件的角點量cim所對應的像素點被認為是角點；(4)使用opencv庫中的霍夫變換函數將圖像中的角點連成直線；(5)統計所有直線的斜率，然后將出現次數最多的斜率定為主斜率，保存斜率為主斜率的直線；(6)統計接頭圖像中上邊界處的直線：標準圖像上邊界處的兩條直線中位于上面的直線為接頭與輸送帶的邊界線，位于下面的直線為搭接線。如果有兩條，則記下需要標識出的搭接線；如果不足兩條，使用補線算法補全，然后再記下需要標識出的搭接線；(7)統計接頭圖像中下邊界處的直線：標準圖像下邊界處的兩條直線中位于下面的直線為接頭與輸送帶的邊界線，位于上面的直線為搭接線。如果有兩條，則記下需要標識出的搭接線；如果不足兩條，使用補線算法補全，然后再記下需要標識出的搭接線；(8)統計接頭圖像中間部分的搭接線：標準圖像中間部分的搭接線為接頭圖像白色間隙中最上邊和最下邊的兩條線。如果有兩條，則記下需要標識出的搭接線；如果只有一條搭接線，需要借助補線算法補全另一條搭接線，然后記下兩條搭接線用于標識；(9)顯示已經標識出的接頭搭接線。如果沒有到最后一張接頭圖像，繼續回到步驟(1)；如果已經是最后一張圖片，則結束。上述鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法中的補線算法如下：計算已有直線縱坐標的最大值maxY與最小值minY，統計(minY-30,minY)與(maxY,maxY+30)范圍內的角點個數n與點到直線的豎直距離，計算平均距離d，根據平均距離d的正負、已有直線的斜率和截距補全另一條直線。以某煤礦實際截出的接頭圖片說明效果，該煤礦皮帶中實有31個接頭，將本專利技術方法標識出的搭接線結果和點云法標識出的搭接線結果相對照，如圖9-圖39所示。使用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法，其特征在于包括以下步驟：(1)從指定路徑讀入鋼絲繩芯輸送帶接頭圖像；(2)對讀入的鋼絲繩芯輸送帶接頭圖像數據進行高斯模糊、銳化、濾波操作，去除圖像噪聲；(3)利用改進后的Harris角點檢測算法對圖像數據進行計算，標記出接頭圖像中的角點，改進后的Harris角點檢測算法的步驟為：(a)對圖像中的每個像素點進行計算求得水平差分算子I

【技術特征摘要】
1.鋼絲繩芯輸送帶接頭搭接標記和識別方法，其特征在于包括以下步驟：(1)從指定路徑讀入鋼絲繩芯輸送帶接頭圖像；(2)對讀入的鋼絲繩芯輸送帶接頭圖像數據進行高斯模糊、銳化、濾波操作，去除圖像噪聲；(3)利用改進后的Harris角點檢測算法對圖像數據進行計算，標記出接頭圖像中的角點，改進后的Harris角點檢測算法的步驟為：(a)對圖像中的每個像素點進行計算求得水平差分算子Ix和豎直差分算子Iy，進而求得矩陣m中四個元素的值：其中Ix2＝Ix*Ix，Iy2＝Iy*Iy；(b)對矩陣m中的四個元素進行高斯平滑濾波，得到新的矩陣m；(c)根據新矩陣m來計算對應于每個像素點的角點量cim，得到角點量矩陣；(d)在角點量矩陣中，同時滿足“cim是某鄰域內的局部極大值”和“cim大于閾值”這兩個條件的角點量cim所對應的像素點被認為是角點；(4)使用opencv庫中的霍夫變換函數將圖像中的角點連成直線；(5)統計所有直線的斜率，然后將出現次數最多的斜率定為主斜率，保...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭大波，王培國，鞏志棟，申紅燕，秦文兵，馮強，
申請(專利權)人：山西大學，
類型：發明
國別省市：山西,14