一種基于ARM+Kinect的嵌入式礦物浮選泡沫三維圖像監(jiān)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明設(shè)及的是一種基于ARM+Kinect的嵌入式礦物浮選泡沫S維圖像監(jiān)控裝置， 用于在礦物浮選領(lǐng)域中分布式采集礦物的=維圖像的視覺信息、對(duì)=維圖像中的彩色部分 圖像進(jìn)行本地實(shí)時(shí)處理W避免大數(shù)據(jù)量圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸，并將浮選工況信息及加藥量等信 息通過W太網(wǎng)傳輸至監(jiān)控主機(jī)W進(jìn)行集中控制，同時(shí)具有多種外圍設(shè)備的小型低功耗高性 能監(jiān)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 浮選法是礦物生產(chǎn)加工過程中應(yīng)用最廣泛的一種選礦法，利用礦物本身的疏水特 性或經(jīng)浮選藥劑復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)作用后獲得的疏水特性，使礦漿中可浮性好的礦粒粘 附于氣泡形成氣、固、液=相組成的礦化泡沫層。攜帶礦粒的泡沫層本身包含著如氣泡大 小、氣泡分布、氣泡色澤、氣泡流速等與浮選工況相關(guān)的視覺信息指標(biāo)。長期W來，選礦廠主 要靠選礦經(jīng)驗(yàn)豐富的工人根據(jù)觀察浮選槽泡沫的=維圖像狀態(tài)來調(diào)節(jié)浮選加藥量等操作， 而泡沫分布呈現(xiàn)本征隨機(jī)性，不同工人對(duì)泡沫狀態(tài)的視覺判斷也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，浮選操 作的主觀性和隨意性較大，致使浮選過程自動(dòng)化程度低下，而且難W處于最優(yōu)化的運(yùn)行狀 態(tài)，常出現(xiàn)生產(chǎn)過程不穩(wěn)定、礦物資源嚴(yán)重浪費(fèi)等問題。隨著微控制器技術(shù)、圖像處理技術(shù) 和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使得研發(fā)泡沫浮選嵌入式監(jiān)控裝置，利用=維視覺傳感器采集浮 選泡沫的=維圖像信息，分析泡沫圖像的特征W獲得浮選過程的狀態(tài)，并給出參考控制操 作已成為可能。
[0003]目前浮選過程中應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)大多是基于PC架構(gòu)的，而且只能采集浮選泡沫的 平面圖像信息?；赑C架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性高、可擴(kuò)充性強(qiáng)的特點(diǎn)，但同時(shí)不可避免 的具有軟件開發(fā)周期長、軟件重復(fù)利用率低、系統(tǒng)硬件成本昂貴、抗環(huán)境干擾能力差、可移 動(dòng)性差等缺陷。并且，由于PC機(jī)運(yùn)行通用的Windows操作系統(tǒng)，W致較多的系統(tǒng)資源消耗在 系統(tǒng)服務(wù)上，導(dǎo)致系統(tǒng)專用性差、處理實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，從而影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。此外，PC 機(jī)體積龐大、可移動(dòng)性差，導(dǎo)致難W實(shí)現(xiàn)工廠浮選過程的集散監(jiān)控。
[0004] 目前普通嵌入式架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，多采用工業(yè)攝像頭獲取泡沫二維圖像數(shù)據(jù)，二 維數(shù)據(jù)信息量有限，無法計(jì)算出當(dāng)前泡沫表面高度，對(duì)于沉槽、冒槽運(yùn)類重要參數(shù)難于獲 取，因此控制精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述監(jiān)控系統(tǒng)功能上的缺陷和技術(shù)上的不足，本發(fā)明主要目的是設(shè)計(jì)一種基 于ARM+Kinect的嵌入式礦物浮選泡沫浮選S維圖像監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)浮選過程工況的分散檢 測和集中控制。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，
[0007] 一種基于ARM+Kinect的嵌入式礦物浮選泡沫=維圖像監(jiān)控裝置，包括：
[0008] 用于提取=維視頻圖像，對(duì)=維圖像進(jìn)行處理，計(jì)算得到工況參數(shù)和加藥量建議 值、對(duì)彩色視頻壓縮并封裝為RTP格式實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)并與上位機(jī)進(jìn)行控制參數(shù)的網(wǎng)絡(luò) 通訊的ARM圖像處理板；
[0009] 用于采集=維視頻數(shù)據(jù)，包括彩色視頻和深度視頻的Kinect裝置；
[0010] 提供視頻采集所需光照的高頻光源；
[0011] 所述ARM圖像處理板與Kinect裝置通過USB總線相連;ARM圖像處理板通過網(wǎng)線連 接至遠(yuǎn)端PC;ARM圖像處理板和Kinect裝置固定于浮選槽上方并拍攝浮選槽內(nèi)的礦物浮選 泡沫，高頻光源照射礦物浮選泡沫為拍攝提供光照。
[0012] 所述的裝置，所述的ARM圖像處理板包括:TIOmap4460嵌入式微處理器、同步動(dòng) 態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、閃存器和通信接口，所述的TIOmap4460嵌入式微處理器分別通信連接同 步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、閃存器，Kinect裝置和上位機(jī)通過通信接口連接ARM圖像處理板；
[0013] 所述的TIOmap4460嵌入式微處理器包括對(duì)稱雙內(nèi)核ARMCodex-A9MPCore、對(duì) 稱雙內(nèi)核ARMCodex-M3MPCore、DSP內(nèi)核和Ducati視頻硬件壓縮模塊；
[0014] 兩個(gè)對(duì)稱雙內(nèi)核ARM作為系統(tǒng)核屯、處理模塊，提供多任務(wù)執(zhí)行的全局控制與協(xié)調(diào) 計(jì)算作用，控制數(shù)據(jù)流動(dòng)方向，多任務(wù)調(diào)度及與上位機(jī)的通訊；
[0015] DSP部分負(fù)責(zé)圖像處理運(yùn)算，在ARM的控制下完成作為實(shí)時(shí)處理及優(yōu)化控制依據(jù)的 泡沫=維圖像特征參數(shù)計(jì)算；
[0016] Ducati模塊將彩色視頻數(shù)據(jù)壓縮為H.264的視頻流，再封裝成便于視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng) 絡(luò)中實(shí)時(shí)傳輸?shù)腞TP格式數(shù)據(jù)。
[0017] 所述的裝置，Kinect與ARM圖像處理板相連，并由ARM圖像處理板讀取Kinect數(shù)據(jù)， Kinect工作過程中紅外投影機(jī)投射出一片激光，由紅外攝像頭接收泡沫表面反射來的激光 散斑并分析得到對(duì)應(yīng)的距離矩陣，分析后得到泡沫到Kinect裝置的距離，用于對(duì)沉槽、冒槽 狀態(tài)的判斷。
[0018] 所述的裝置，所述的對(duì)=維圖像處理，是采用彩色圖像與深度圖像分開處理的方 式，其中彩色圖像用于計(jì)算得到包括YUV分量、泡沫大小、泡沫大小方差和紋理特征參數(shù)，深 度圖像用于計(jì)算得到包括當(dāng)前平均泡沫高度、泡沫高度方差、沉槽和冒槽=維信息參數(shù)。
[0019] 所述的裝置，還包括防護(hù)罩4，ARM圖像處理板1、所述的防護(hù)罩、Kinect裝置和高頻 光源3均固定于防護(hù)罩4內(nèi)，防護(hù)罩4采用侶合金材料構(gòu)成滑蓋式密封箱體，內(nèi)部設(shè)有用于降 溫的散熱片，散熱片與防護(hù)罩用固定膠和散熱硅膠粘合，防護(hù)罩下部裝有防護(hù)玻璃，并在 Kinect安裝部位開孔，與Kinect接觸部分采用玻璃膠密封。
[0020] 所述的裝置，所述的高頻光源3功率為200W，發(fā)光頻率為2.65MHz，照度為15001ux， 色溫為4500K。
[0021] 所述的裝置，還包括由底座、豎直部和水平部組成的支架8,防護(hù)罩固定于支架水 平部的前端，水平部上設(shè)有多個(gè)豎直的通孔，豎直部的頂端開有豎直螺孔，水平部通過豎直 螺栓穿過通孔旋入至豎直螺孔中來固定在豎直部的頂端，豎直部包括固定在底座上中空的 固定段和套裝于連接固定段內(nèi)用于連接水平部和固定段的連接段，固定段上設(shè)有水平螺 孔，連接段通過水平螺栓旋入至水平螺孔中來固定在固定段內(nèi)。
[0022] 所述的裝置，所述的通信接口包括USB化St端口、RJ45接口、RS232接口、HDMI接 口、數(shù)據(jù)總線和地址總線，其中：
[0023] ARM圖像處理板通過USB化St端口讀取作為S維圖像采集部件的KinectUSB Slave接口的視頻數(shù)據(jù)，將視頻數(shù)據(jù)存放在視頻緩沖區(qū)，并定時(shí)對(duì)Kinect控制W獲取不斷更 新的視頻流；
[0024] ARM圖像處理板的W太網(wǎng)控制器與W太網(wǎng)物理層RJ45接口相連，用于實(shí)現(xiàn)ARM圖像 處理板網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的W太網(wǎng)物理層協(xié)議封裝；W太網(wǎng)物理層RJ45端口與W太網(wǎng)雙絞線相 連，用于從W太網(wǎng)中發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)；
[0025] ARM圖像處理板的數(shù)據(jù)總線和地址總線與RS232相連，接收和發(fā)送串行數(shù)據(jù)；
[0026] ARM處理器與通用異步收發(fā)器相連，用于實(shí)現(xiàn)微處理器并行數(shù)據(jù)通過通用異步收 發(fā)器進(jìn)行串行接收或發(fā)送;通用異步收發(fā)器與RS232接口相連，用于實(shí)現(xiàn)通用異步收發(fā)器傳 輸數(shù)據(jù)與RS232接口之間的電平轉(zhuǎn)換；
[0027] ARM圖像處理板的HDMI接口通過HDMI-VGA電纜與外擴(kuò)顯示器相連，W顯示實(shí)時(shí)采 集到的彩色圖像信息。
[0028]本發(fā)明的技術(shù)