本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的位置檢測模組及實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

戶外拓展運(yùn)動(dòng)中，緬甸橋?yàn)槌Ｓ玫囊粋€(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中，設(shè)置有3條平行布置的主鋼索，其中1條在下，用于行走，另兩條在上，用于學(xué)員的兩手抓??；該項(xiàng)目能鍛煉學(xué)員的膽略、身體協(xié)調(diào)能力，而且集刺激、驚險(xiǎn)和趣味性等于一體；為安全起見，在高空設(shè)置一條保險(xiǎn)用的鋼索，鋼索上垂下安全帶系在學(xué)員腰部，但是，這種安全帶較重，且安全帶與頂部的鋼索之間摩擦較大，因此，這種安全保護(hù)裝置給學(xué)員帶來極大的負(fù)擔(dān)和不便。

另外，在某些裝配車間中，也需要設(shè)置跟隨系統(tǒng)，為裝配人員提供最便捷的服務(wù)。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種新的基于機(jī)器視覺的位置檢測模組及實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于機(jī)器視覺的位置檢測模組及實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)，該基于機(jī)器視覺的位置檢測模組結(jié)構(gòu)巧妙，易于實(shí)施，自動(dòng)化程度高。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于機(jī)器視覺的位置檢測模組，包括機(jī)器視覺檢測裝置和設(shè)置在目標(biāo)物上的發(fā)光模塊；

機(jī)器視覺檢測裝置包括安裝平臺、云臺和相機(jī)；

云臺通過連接桿設(shè)置在安裝平臺的底部或前端；相機(jī)安裝在云臺上；

安裝平臺上設(shè)有電池和電路板；在電路板上設(shè)有MCU和存儲器；MCU與存儲器相連；電池為電路板供電；

相機(jī)用于獲取圖像并將該圖像傳輸?shù)酱鎯ζ髦?；發(fā)光模塊即目標(biāo)點(diǎn)的成像位于該圖像中；

MCU對存儲器中存儲的圖像進(jìn)行處理，并計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與安裝平臺的水平距離。

所述的安裝平臺為設(shè)置在導(dǎo)軌上的行走車。

發(fā)光模塊設(shè)置在目標(biāo)物佩戴的安全頭盔上。

MCU對存儲器中存儲的圖像進(jìn)行處理的步驟如下：

步驟1：分離目標(biāo)點(diǎn)；

通過邊緣檢測技術(shù)或閾值分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)P的分離；因?yàn)槟繕?biāo)點(diǎn)的亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他像素的亮度，因此，優(yōu)選閾值分割技術(shù)；閾值的選擇為基于經(jīng)驗(yàn)選擇。

步驟2：確定目標(biāo)點(diǎn)圖像坐標(biāo)；

分離出的目標(biāo)點(diǎn)位于一個(gè)包含多個(gè)像素的連通區(qū)域，對該連通區(qū)域的邊緣像素進(jìn)行圓擬合，獲得的圓心即為目標(biāo)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

步驟3：計(jì)算發(fā)光模塊與安裝平臺的水平距離；

以O(shè)為圖像的中心點(diǎn)；該中心點(diǎn)對應(yīng)安裝平臺的位置；

計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)P與O點(diǎn)之間的水平像素個(gè)數(shù)N；

發(fā)光模塊距離安裝平臺的水平距離S＝k*N；k為比例系數(shù)。由于導(dǎo)軌與目標(biāo)物之間的高度基本上是不變的，則k為常數(shù)。

一種基于機(jī)器視覺的實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)，包括導(dǎo)軌、繩索以及前述的位置檢測模組；

在行走車上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)安裝平臺平移的電機(jī)；電機(jī)由電池驅(qū)動(dòng)；電路板中設(shè)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

繩索的上端連接行走車，繩索的下端用于連接作為目標(biāo)物的人體。一般是接人體的安全背心的腰部或肩背部或胸腹部。

導(dǎo)軌為2條，且平行布置，行走車設(shè)置在導(dǎo)軌上，行走車底部設(shè)有至少4個(gè)行走輪；行走車能沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。

所述的MCU為單片機(jī)、DSP或ARM處理器。

行走車的前端或底部設(shè)有監(jiān)控?cái)z像單元(用于獲取實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像，該攝像單元為普通的攝像單元，不用于確定目標(biāo)物位置)。

行走輪為4個(gè)；2條導(dǎo)軌之間設(shè)有多根橫梁(7)，橫梁與導(dǎo)軌垂直；多根橫梁等間距均勻布置；所述的行走車底部設(shè)有吊環(huán)(4)，繩索的上端與吊環(huán)鉸接。

所述電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。

總體步驟：

步驟A：基于圖像處理計(jì)算發(fā)光模塊到安裝平臺的水平距離S；

步驟B：MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S；再返回步驟A，進(jìn)行下一輪控制。

行走輪上設(shè)有碼盤，從而能記錄行走車的行走距離，或者行走路上設(shè)有定位模塊(如GPS模塊而后北斗模塊)，可以計(jì)算行走距離。

繩索的上設(shè)有傾角傳感器；傾角傳感器與電路板上的MCU連接；傾角傳感器為數(shù)字式傳感器，傾角傳感器輸出傾角數(shù)據(jù)到MCU的輸入接口；所述的電池為動(dòng)力鋰電池；

連接桿的下端還設(shè)有光強(qiáng)檢測裝置；

光強(qiáng)檢測裝置具有一個(gè)圓弧面；所述的圓弧面上設(shè)有多個(gè)光強(qiáng)傳感器；光強(qiáng)檢測裝置用于檢測各光強(qiáng)傳感器從發(fā)光模塊獲得的光強(qiáng)量；

行走車上設(shè)有電池、電路板和用于驅(qū)動(dòng)行走車的電機(jī)；電路板上集成有MCU和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；電池為電路板及電機(jī)供電；

MCU能根據(jù)光強(qiáng)檢測裝置檢測的光強(qiáng)信號確定目標(biāo)物相對行走車的角度，并基于該角度控制行走車的行走，實(shí)現(xiàn)行走車對目標(biāo)物的自動(dòng)跟隨；

所述的目標(biāo)物為佩戴安全頭盔的人體。

多個(gè)光強(qiáng)傳感器沿圓弧面的周向等間距布置。

導(dǎo)軌為2條，且平行布置，行走車設(shè)置在導(dǎo)軌上，行走車底部設(shè)有至少4個(gè)行走輪；行走車能沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。

行走車底部與目標(biāo)物之間設(shè)有起安全作用的繩索；繩索的上端連接行走車，繩索的下端用于連接目標(biāo)物，一般是接人體的安全背心的腰部或肩背部或胸腹部。

電路板上設(shè)有檢測電路；所述的檢測電路包括多選一切換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器；

多個(gè)光強(qiáng)傳感器分別接多選一切換開關(guān)的多個(gè)輸入端；多選一切換開關(guān)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接MCU的信號輸入端口；多選一切換開關(guān)的通道選擇端接MCU的IO端。

多選一切換開關(guān)為16選一的切換開關(guān)；多選一切換開關(guān)的通道選擇端為4個(gè)。

另外，行走車上還設(shè)有太陽能電池板以及充電電路，能通過太陽能為電池充電，節(jié)能環(huán)保。

繩索為彈性伸縮的繩索。

弧面的角度為A，A優(yōu)選為90°或180°，即四分之一圓形或半圓；控制方法如下：

步驟1：光強(qiáng)檢測：

MCU通過多選一切換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器，輪詢(依次循環(huán))檢測每一個(gè)光強(qiáng)傳感器獲得的光強(qiáng)信號；找出最強(qiáng)光強(qiáng)信號對應(yīng)的光強(qiáng)傳感器i；

步驟2：計(jì)算目標(biāo)物相對于行走車的角度；

所述的角度為

a＝(i-1)*A/(N-1)；其中N為光強(qiáng)傳感器的總個(gè)數(shù)；角度單位為度；

以水平方向?yàn)榱愣?；以圖3中最左邊的一個(gè)光強(qiáng)傳感器為第1個(gè)；最右的為第N個(gè)；且第一個(gè)設(shè)置在0度位置上，第N個(gè)設(shè)置在最大角度位置上。

步驟3：計(jì)算需要行走的距離S；

S＝L*tan(a)；其中tan(.)為正切函數(shù)，L為導(dǎo)軌到目標(biāo)物的垂直距離；一般L是恒定的，為常數(shù)。

步驟4：MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S；再返回步驟A，進(jìn)行下一輪控制。

行走輪上設(shè)有碼盤，從而能記錄行走車的行走距離?；蛘咝凶呗飞显O(shè)有定位模塊(如GPS模塊而后北斗模塊)，可以計(jì)算行走距離。

本發(fā)明的檢測原理：

發(fā)光模塊為向四周均勻發(fā)出光線，因此，距離發(fā)光模塊最近，且方向正對的那個(gè)光強(qiáng)傳感器獲得的光強(qiáng)最大；由此可以檢測到目標(biāo)物相對于檢測模塊的角度。

繩索的上設(shè)有傾角傳感器；傾角傳感器與電路板上的MCU連接；傾角傳感器為數(shù)字式傳感器，傾角傳感器輸出傾角數(shù)據(jù)到MCU的輸入接口；所述的電池為動(dòng)力鋰電池。

有益效果：

本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的位置檢測模組及實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)，具有以下功能：

(1)行走車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且沿著軌道行走，運(yùn)行順暢，不會(huì)為學(xué)員帶來負(fù)擔(dān)；

(2)行走車具備智能性，能基于光強(qiáng)傳感器檢測的數(shù)據(jù)判斷目標(biāo)物位置，從而自動(dòng)行走，自動(dòng)化程度高。

具體來講，若角度(相對于水平方向)較小，說明學(xué)員在行走車前方較遠(yuǎn)，則起動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)行走車向前行走，緊跟學(xué)員。

(3)可靠性高。

即使電池故障，不能驅(qū)動(dòng)行走車，學(xué)員較小的拉力也能帶動(dòng)行走車行走。

(4)采用雙導(dǎo)軌，多輪行走，穩(wěn)定性好。

(5)行走車底部設(shè)有吊環(huán)，專門用于與繩索鉸接，連接方便。

(6)頭盔不但能保護(hù)人體的頭部，還能發(fā)送光訊號。

(7)采用圖像處理方式，易于實(shí)施，且具體算法在MCU中實(shí)現(xiàn)，成本低。

綜上所述，這種基于機(jī)器視覺的位置檢測模組及實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)思巧妙，安全性高，使用方便，自動(dòng)化程度高。

附圖說明

圖1為基于機(jī)器視覺的位置檢測模組及實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為行走車與導(dǎo)軌配合示意圖；

圖3為圖像中目標(biāo)點(diǎn)與中心點(diǎn)的位置示意圖；

圖4為控制系統(tǒng)的電原理框圖。

標(biāo)號說明：1-行走車，2-行走輪，3-導(dǎo)軌，4-吊環(huán)，5-相機(jī)，6-繩索，7-橫梁，8-電池，9-電路板，10-電機(jī)，11-云臺，12-連接桿，13-安全頭盔，14-發(fā)光模塊。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

實(shí)施例1：如圖1～4，一種基于機(jī)器視覺的位置檢測模組，包括機(jī)器視覺檢測裝置和設(shè)置在目標(biāo)物上的發(fā)光模塊14；

機(jī)器視覺檢測裝置包括安裝平臺、云臺11和相機(jī)5；

云臺通過連接桿12設(shè)置在安裝平臺的底部或前端；相機(jī)安裝在云臺上；

安裝平臺上設(shè)有電池和電路板9；在電路板上設(shè)有MCU和存儲器；MCU與存儲器相連；電池為電路板供電；

相機(jī)用于獲取圖像并將該圖像傳輸?shù)酱鎯ζ髦校话l(fā)光模塊即目標(biāo)點(diǎn)的成像位于該圖像中；

MCU對存儲器中存儲的圖像進(jìn)行處理，并計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與安裝平臺的水平距離。

所述的安裝平臺為設(shè)置在導(dǎo)軌上的行走車1。

發(fā)光模塊14設(shè)置在目標(biāo)物佩戴的安全頭盔上。

MCU對存儲器中存儲的圖像進(jìn)行處理的步驟如下：

步驟1：分離目標(biāo)點(diǎn)；

通過邊緣檢測技術(shù)或閾值分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)P的分離；因?yàn)槟繕?biāo)點(diǎn)的亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他像素的亮度，因此，優(yōu)選閾值分割技術(shù)；閾值的選擇為基于經(jīng)驗(yàn)選擇。

步驟2：確定目標(biāo)點(diǎn)圖像坐標(biāo)；

分離出的目標(biāo)點(diǎn)位于一個(gè)包含多個(gè)像素的連通區(qū)域，對該連通區(qū)域的邊緣像素進(jìn)行圓擬合，獲得的圓心即為目標(biāo)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

步驟3：計(jì)算發(fā)光模塊與安裝平臺的水平距離；

以O(shè)為圖像的中心點(diǎn)；該中心點(diǎn)對應(yīng)安裝平臺的位置；

計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)P與O點(diǎn)之間的水平像素個(gè)數(shù)N；

發(fā)光模塊距離安裝平臺的水平距離S＝k*N；k為比例系數(shù)。由于導(dǎo)軌與目標(biāo)物之間的高度基本上是不變的，則k為常數(shù)。

一種基于機(jī)器視覺的實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng)，包括導(dǎo)軌3、繩索6以及前述的位置檢測模組；

在行走車上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)安裝平臺平移的電機(jī)10；電機(jī)由電池驅(qū)動(dòng)；電路板中設(shè)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

繩索的上端連接行走車，繩索的下端用于連接作為目標(biāo)物的人體。一般是接人體的安全背心的腰部或肩背部或胸腹部。

導(dǎo)軌為2條，且平行布置，行走車設(shè)置在導(dǎo)軌上，行走車底部設(shè)有至少4個(gè)行走輪；行走車能沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。

所述的MCU為單片機(jī)、DSP或ARM處理器。

行走車的前端或底部設(shè)有監(jiān)控?cái)z像單元(用于獲取實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像，該攝像單元為普通的攝像單元，不用于確定目標(biāo)物位置)。

行走輪為4個(gè)；2條導(dǎo)軌之間設(shè)有多根橫梁7，橫梁與導(dǎo)軌垂直；多根橫梁等間距均勻布置；所述的行走車底部設(shè)有吊環(huán)4，繩索的上端與吊環(huán)鉸接。

所述電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。

總體步驟：

步驟A：基于圖像處理計(jì)算發(fā)光模塊到安裝平臺的水平距離S；

步驟B：MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S；再返回步驟A，進(jìn)行下一輪控制。

行走輪上設(shè)有碼盤，從而能記錄行走車的行走距離，或者行走路上設(shè)有定位模塊(如GPS模塊而后北斗模塊)，可以計(jì)算行走距離。

繩索的上設(shè)有傾角傳感器；傾角傳感器與電路板上的MCU連接；傾角傳感器為數(shù)字式傳感器，傾角傳感器輸出傾角數(shù)據(jù)到MCU的輸入接口；所述的電池為動(dòng)力鋰電池；

總體步驟：

步驟A：基于圖像處理計(jì)算發(fā)光模塊到安裝平臺的水平距離S；

步驟B：MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S；再返回步驟A，進(jìn)行下一輪控制。

行走輪上設(shè)有碼盤，從而能記錄行走車的行走距離，或者行走路上設(shè)有定位模塊(如GPS模塊而后北斗模塊)，可以計(jì)算行走距離。