[发明专利]露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置及方法

权利要求书

1.一种露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置，其特征在于：它包括让矿用自卸卡车(12)经过的行车道(3)，设在行车道(3)上的篷架，所述的行车道(3)沿水平横向设置在地面上，行车道(3)中部设有让矿用自卸卡车(12)经过的光幕门(11)，所述的篷架包括四根立柱(1)和设在四根立柱(1)上的遮光棚(2)，遮光棚(2)顶面中部设有摄像机(6)和控制摄像机(6)的工控机(9)，所述摄像机(6)的镜头面向光幕门(11)；所述的光幕门(11)包括设在行车道(3)两侧的光幕竖梁(7)和设在光幕竖梁(7)上的光幕横梁(8)，所述的光幕横梁(8)中部设有红色光灯箱(10)；所述矿用自卸卡车(12)的车厢(4)一侧设有光标尺(5)，光标尺(5)贴装在车厢(4)一侧的侧板(4-a)顶部平面上，从车厢(4)尾部一直延伸到车厢(4)顶部；

所述的光幕横梁(8)包括顶板(8-a)、侧板(8-b)和绿激光LED阵列(8-c)，绿激光LED阵列(8-c)沿水平纵向设置于顶板(8-a)底部，侧板(8-b)沿水平纵向设置在顶板(8-a)两侧，两侧板(8-b)夹持在水平横向上构成钳形，在顶板(8-a)底部形成窄光缝，使绿激光LED阵列(8-c)能够通过窄光缝向下在光幕门(11)内部形成绿色光幕。

2.根据权利要求1所述的一种露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置，其特征在于：所述的光标尺(5)由沿水平横向等距排列的反光窄条(5-a)组成，反光窄条(5-a)以Δd为间距等间隔布置在侧板(4-a)顶部平面上。

3.一种使用权利要求1或2所述露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)在地面上沿水平横向铺设行车道(3)，在行车道(3)两侧沿竖直方向安装光幕竖梁(7)，在光幕竖梁(7)顶端沿水平纵向安装光幕横梁(8)，在光幕横梁(8)上部中间位置安装红色光灯箱(10)，使光幕竖梁(7)、光幕横梁(8)以及底部的行车道(3)构成光幕门(11)，在光幕门(11)沿水平方向的外侧安装立柱(1)，在立柱(1)顶端安装遮光棚(2)，将摄像机(6)安装在遮光棚(2)中间底部，使摄像机(6)的镜头正对光幕门(11)进行拍摄，并将采集到的图像传送到工控机(9)；

(b)对摄像机(6)进行图像配准，在无矿用自卸卡车(12)通过光幕门(11)的情况下，摄像机(6)采集图像，提取图像特征点坐标，包含光幕竖梁(7)上下端点以及红色光灯箱(10)四个角的图上坐标，以物理上的实际尺寸构建光幕门(11)在正对方向上的真实图像，提取光幕竖梁(7)上下端点以及红色光灯箱(10)四个角的物理坐标，以摄像机(6)视角的图上坐标和实际视角的物理坐标作特征点匹配，采用射影变换构建图像几何变换，获得两者之间的变换矩阵；

(c)对车厢(4)进行空载标定

首先，图像采集：空载的矿用自卸卡车(12)在行车道(3)上沿水平横向通过光幕门(11)时，摄像机(6)进行图像采集，此时光幕门(11)内部绿色光幕将被矿用自卸卡车(12)的车体部分遮挡；

第二，图像校正：利用步骤(b)获得的变换矩阵对摄像机(6)采集的图像进行射影变换，将摄像机(6)视角的图上坐标投影到实际视角的物理坐标；

第三，图像提取：由于红色光灯箱(10)在图像上显示为红色，光幕门(11)中的绿色光幕在图像上显示为绿色，以红色和绿色为取样颜色提取区域图像；

第四，图像分割：以区域图像的下边沿为对象，以是否发生竖直跳变为依据，识别车厢(4)的左右边界点，并依据车厢的左右边界点进行竖直分割，从而针对车厢(4)轮廓上沿与光幕横梁(8)之间形成绿光幕；

第五，绿光幕面积计算：针对图像分割的最终图片，统计图片中绿色像素点总数N_绿和红色像素点总数N_红，计算得出绿光幕面积S_绿：

其中：S_红为已知的红色光灯箱面积；

由于反光窄条(5-a)以Δd为间距等间隔布置在侧板(4-a)顶部平面上，在光幕门(11)内部绿色光幕的照射下，当矿用自卸卡车(12)沿水平横向穿过光幕门(11)时，光标尺(5)与光幕门(11)的交错位置会交替照亮反光窄条(5-a)；当第i个反光窄条(5-a)照亮时，i＝1,2，…,N，N为反光窄条的总数，经过上述步骤(c)中的图像校正、图像提取、图像分割和绿光幕面积计算，获得反光窄条(5-a)对应的光幕门(11)中空载车厢(4)轮廓上沿与光幕横梁(8)围定的绿光幕面积为S_空i；

当车厢(4)全部通过光幕门(11)时，计算空载车厢(4)上部轮廓与光幕横梁(8)所在水平面之间所围成空间的体积V_空为：

(d)当需要对矿石方量进行检测时，装有矿石的矿用自卸卡车(12)在行车道(3)上沿水平横向通过光幕门(11)，摄像机(6)进行图像采集，重复步骤(c)，进行图像校正、图像提取、图像分割、绿光幕面积计算，获得反光窄条i对应的光幕门(11)中重载车厢(4)轮廓上沿与光幕横梁(8)围定的绿光幕面积为S_重i，进而获得重载车厢(4)上部轮廓与光幕横梁(8)所在水平面之间所围成空间的体积V_重为：

则此时该矿用自卸卡车装载的矿石方量为：V_矿石＝V_空-V_重。