[发明专利]一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统及方法

权利要求书

1.一种TBM开挖岩渣信息自动采集与分析系统，其特征在于，该系统包括：视觉传感器(1)、TBM配套皮带(2)、控制器(3)、TBM操作室显示器(4)；其中：

TBM配套皮带(2)用于对岩渣进行运输；TBM配套皮带(2)上平行设置有采用不同颜色和宽度的条纹，用于判断多个视觉传感器(1)抓拍的照片区域是否一致；

视觉传感器(1)有多个，分别等间距的设置在TBM皮带机(5)的正上方，视觉传感器(1)用于采集TBM配套皮带(2)上的岩渣图像；

控制器(3)一端与多个视觉传感器(1)均相连，另一端与TBM操作室显示器(4)相连；控制器(3)用于对条纹上的岩渣图像进行处理以获得渣料中各岩渣的形状和大小；

TBM操作室显示器(4)用于显示岩渣信息；

对图像进行处理的具体方法为：

(1)图像识别：将每个工业相机在皮带上不同位置捕捉的照片进行比对，确定区域是否一致；

利用皮带上颜色和宽度不同的条纹，以第一个工业相机拍摄的照片为基础，之后的每个工业相机出现的条纹颜色顺序、颜色宽度应与第一个工业相机照片中的一致；具体控制方程为：

n＝RGB_number(1)；W_1b＝RGB_width(b)

W_ab＝RGB_wiath(ab)＝W_1b

式中，n为第一个工业相机拍摄的照片中皮带上条纹数目，W_1b为第一个工业相机拍摄的照片中第b个条纹的宽度，1≤b≤n；W_ab为第a个工业相机拍摄的照片中第b个条纹的宽度，1≤a≤m，m为工业相机个数；RGB_number和RGB_width分别表示提取照片中颜色数量和宽度的算法；

(2)灰度处理：将RGB图像转化为灰度图像；具体实现如下：

g(i，j)＝0.299R(i，j)+0.587G(i，j)+0.114B(i，j)

式中，g(i，j)表示转化后的灰度图像在点(i，j)处的灰度值，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示转化前彩色图像在点(i，j)处的基色分量；

(3)二值化处理：将岩渣图像转化为黑白图，便于后续提取岩块参数；具体实现如下：

μ＝u₁ω₁+u₂ω₂

g＝ω₁(μ-μ₁)²+ω₂(μ-μ₂)²

图像中，前景即目标和背景的分割阈值记作T，ω₁为前景图像中灰度＞T占整幅图像的比例，u₁为前景图像的平均灰度；ω₂为背景图像中灰度＜T占整幅图像的比例，u₂为背景图像的平均灰度；μ为图像的总体平均灰度；g为类间方差；当g达到最大值，最佳二值化处理完成；

(4)参数提取：从二值化图像中提取二维参数；具体实现如下：

式中，L_2D为岩渣的二维长，W_2D为岩渣的二维长，(x₁，y₁)和(x₂，y₂)两点为岩渣二值化轮廓上的切线交点；P为二值化轮廓周长，A为轮廓面积，f(x，y)为轮廓函数；

(5)估算岩渣三维参数：利用所获取的二维参数估算岩渣三维参数；具体实现如下：

L_3D＝0.94L_2Dmax

W_3D＝1.04L_2Dmin

T_3D＝1.11W_2Dmin

V＝0.54A^1.5

SA＝3.96A²

式中，L_3D为岩渣的三维长，W_3D为岩渣的三维宽，T_3D为岩渣的三维宽；L_2Dmax为多个工业相机拍摄到的同一岩渣种，最大轮廓面积中的二维长，L_2Dmin为最小轮廓面积中的二维长，W_2Dmin为最小轮廓面积中的二维宽；V为岩渣体积；SA为岩渣表面积。