本發(fā)明涉及一種預(yù)警系統(tǒng)及方法，具體是一種基于機器視覺的防液壓支架擠死的預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著綜采工作“少人化”的提出和持續(xù)的發(fā)展，綜采面內(nèi)的信息采集和管理日益成為許多學(xué)者和專家日益重視的話題。隨著機器視覺的發(fā)展，各種圖像采集設(shè)備發(fā)展迅速，圖像傳感器的體型越來越小，功能日益強大，已經(jīng)越來越成為空間信息獲取的主要來源。

液壓支架的擠死問題一直是綜采工作所需面對的重要問題之一。由于采面底板不平或者液壓支架推移不平衡，都會造成液壓支架不能按照垂直煤壁方向前進，造成相鄰兩液壓支架產(chǎn)生相互靠近運動的趨勢，如果這種趨勢繼續(xù)運動，將造成兩液壓支架相互擠死，不能繼續(xù)運動，造成整個綜采平面的癱瘓，由于液壓支架重量大，很難對液壓支架位置進行滯后的調(diào)整，整個調(diào)整周期較長，甚至可能造成整個綜采面數(shù)周的癱瘓，造成巨額經(jīng)濟損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于機器視覺的防液壓支架擠死的預(yù)警系統(tǒng)及方法，通過視覺圖像分析，可在液壓支架進行立柱下降、移架、立柱升起運動過程中當兩個液壓支架之間的距離過小時，發(fā)出預(yù)警同時反饋該液壓支架的架號，便于工作人員及時采取措施，防止發(fā)生兩個液壓支架相互擠死的情況。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于機器視覺的防液壓支架擠死的預(yù)警系統(tǒng)，包括分別安裝于每個液壓支架雙立柱相同位置的十字目標靶、圖像傳感器和微型計算機模塊，圖像傳感器固定在液壓支架護幫板的內(nèi)側(cè)，微型計算機模塊固定在液壓支架上，所述圖像傳感器與微型計算機模塊連接。

進一步，所述圖像傳感器為防爆本安型攝像頭。

進一步，所述十字目標靶為貼有十字形led燈組的矩形標記靶。

進一步，還包括報警裝置，所述報警裝置與微型計算機模塊連接。

一種基于機器視覺的防液壓支架擠死的預(yù)警方法，具體步驟為：

(1)將十字目標靶和圖像傳感器安裝完成后，在圖像傳感器初次采集圖像之前，人工調(diào)整圖像傳感器角度，使每臺液壓支架上的圖像傳感器均能采集到本架和其移架方向上相鄰液壓支架的總共四個十字目標靶圖像，并使得兩個相鄰液壓支架上的相鄰的十字目標靶圖像呈于圖像平面中心，完成圖像傳感器角度調(diào)節(jié)過程，并將該圖像進行高斯平滑處理后作為模板存儲在微型計算機模塊中；

(2)在采煤機完成當前液壓支架位置的截割工作后，該液壓支架依次進行立柱下降、移架、立柱升起運動，到達所需位置時，打開護幫板；

(3)在護幫板完全打開后處于護幫板內(nèi)側(cè)的圖像傳感器開始拍攝采集圖像，并將該圖像傳給微型計算機模塊；

(4)微型計算機模塊接收到采集的圖像后，采用中值濾波對圖像進行降噪操作；

(5)微型計算機模塊利用模板進行圖像匹配，確定采集圖像中的所有十字led燈組圖像中所在位置，對圖像進行區(qū)域分割，所用模板為步驟(1)得到的模板圖像，分割方式為兩種，產(chǎn)生三組數(shù)據(jù)空間，分別為：

a、采用由采集圖像中心像素開始回字形向外側(cè)搜索匹配模板的方式，當采集到靠近中心像素最近的兩個與模板匹配的十字目標靶圖像時停止搜索，并將該包括兩個匹配圖像的區(qū)域分割成圖像a；

b、上述兩個led十字圖像中每個led十字圖像本身各自一側(cè)相鄰的led十字所組成的圖像單元，共兩組，分別為圖像b和圖像c；

(6)分別根據(jù)圖像b和圖像c中l(wèi)ed十字圖像中水平邊和豎直邊的長度，利用仿射變換理論得出相對于射影空間在實際空間中所成相對角度，進而得到相鄰兩個液壓支架的相對角度，從而按照實際工況，計算出該工況下的許用安全距離；

(7)將圖像a中兩個led十字圖像單元之間的相互距離與步驟(5)得到的許用安全距離進行比對，若相互距離小于許用安全距離，則微型計算機模塊將當前的液壓支架架號發(fā)送給上層控制單元，并通過報警裝置預(yù)警；

(8)在下一個液壓支架進行立柱下降、移架、立柱升起運動時，重復(fù)步驟(2)～(7)對該液壓支架進行監(jiān)測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用十字目標靶、圖像傳感器和微型計算機模塊相結(jié)合的方式，每個液壓支架在進行立柱下降、移架、立柱升起運動時均可被監(jiān)測，進而形成若干個周期，對每個監(jiān)控周期之后的液壓支架擠死危險進行評估，能有效地避免液壓支架之間相互擠死的危險，且便于人員對危險情況進行提前排險處理，確保了綜采面的穩(wěn)定安全運行，大大減少了由液壓支架擠死造成的巨額財產(chǎn)損失，并有效降低采面人員的工作強度，利于采面“少人化”工作的開展，且利用掩護式液壓支架的固有的打開和回收護幫板的動作確保了圖像采集模塊的安全使用，減少由于截割造成的飛濺物擊傷圖像傳感器的可能，大大增加了圖像采集的安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中十字目標靶的安裝位置示意圖；

圖2是本發(fā)明中圖像分割后的三個區(qū)域示意圖；

圖3是本發(fā)明中圖像傳感器的安裝位置示意圖；

圖4是本發(fā)明的工作流程圖。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1至圖4所示，一種基于機器視覺的防液壓支架擠死的預(yù)警系統(tǒng)，包括分別安裝于每個液壓支架雙立柱相同位置的十字目標靶、圖像傳感器和微型計算機模塊，圖像傳感器固定在液壓支架護幫板的內(nèi)側(cè)，隨護幫板收起隱藏于護幫板與液壓支架頂梁之間，以起到在采煤機截割過程中，避免濺射物體等對圖像傳感器造成損壞。微型計算機模塊固定在液壓支架上，所述圖像傳感器與微型計算機模塊連接。

進一步，所述圖像傳感器為防爆本安型攝像頭。采用防爆本安型攝像頭可適應(yīng)礦井下的特殊工況環(huán)境。

進一步，所述十字目標靶為貼有十字形led燈組的矩形標記靶。

進一步，還包括報警裝置，所述報警裝置與微型計算機模塊連接。設(shè)置報警裝置可在兩個液壓支架之間發(fā)生擠死可能時，進行報警提示礦井下人員注意，及時采取相應(yīng)措施。

一種基于機器視覺的防液壓支架擠死的預(yù)警方法，具體步驟為：

(1)將十字目標靶和圖像傳感器安裝完成后，在圖像傳感器初次采集圖像之前，由于煤壁基本垂直，故在成像空間內(nèi)能拍攝到2～3架液壓支架朝向煤壁一側(cè)的多個標記靶圖像，人工調(diào)整圖像傳感器角度，使每臺液壓支架上的圖像傳感器均能采集到本架和其移架方向上相鄰液壓支架的總共四個十字目標靶圖像，并使得兩個相鄰液壓支架上的相鄰的十字目標靶圖像呈于圖像平面中心，完成圖像傳感器角度調(diào)節(jié)過程，并將該圖像進行高斯平滑處理后作為模板存儲在微型計算機模塊中；

(2)在采煤機完成當前液壓支架位置的截割工作后，該液壓支架依次進行立柱下降、移架、立柱升起運動，到達所需位置時，打開護幫板；

(3)在護幫板完全打開后處于護幫板內(nèi)側(cè)的圖像傳感器開始拍攝采集圖像，并將該圖像傳給微型計算機模塊；

(4)微型計算機模塊接收到采集的圖像后，為了增加處理速度，采用中值濾波對圖像進行降噪操作；

(5)微型計算機模塊利用模板進行圖像匹配，確定采集圖像中的所有十字led燈組圖像中所在位置，對圖像進行區(qū)域分割。所用模板為步驟(1)得到的模板圖像，分割方式為兩種，產(chǎn)生三組數(shù)據(jù)空間，分別為：

a、采用由采集圖像中心像素開始回字形向外側(cè)搜索匹配模板的方式，當采集到靠近中心像素最近的兩個與模板匹配的十字目標靶圖像時停止搜索，并將該包括兩個匹配圖像的區(qū)域分割成圖像a；

b、上述兩個led十字圖像中每個led十字圖像本身各自一側(cè)相鄰的led十字所組成的圖像單元(即為每個液壓支架上兩十字目標靶所成圖像)，共兩組，分別為圖像b和圖像c；

(6)分別根據(jù)圖像b和圖像c中l(wèi)ed十字圖像中水平邊和豎直邊的長度，利用仿射變換理論得出相對于射影空間在實際空間中所成相對角度，進而得到相鄰兩個液壓支架的相對角度，從而按照實際工況(可根據(jù)支架尺寸，支架間理論安全距離等)，計算出該工況下的許用安全距離；

(7)將圖像a中兩個led十字圖像單元之間的相互距離與步驟(5)得到的許用安全距離進行比對，若相互距離小于許用安全距離，則微型計算機模塊將當前的液壓支架架號發(fā)送給上層控制單元，并通過報警裝置預(yù)警；

(8)在下一個液壓支架進行立柱下降、移架、立柱升起運動時，重復(fù)步驟(2)～(7)對該液壓支架進行監(jiān)測。