实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法

摘要

本发明涉及散货料场的料堆识别方法。一种实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法，是利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库；由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现区域内的坐标还原，完成料堆三维图像显示；并实时更新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态更新。

主权项

一种实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法，其特征是：利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，堆取料机实时运动状态数据是通过堆取料机的走行、俯仰、回旋编码器输出的走行值、俯仰角度、回旋角度获得，堆取料机悬臂的动作反应在俯仰角度、回旋角度的变化上；对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，最终生成整个料场的完整网格数据库；由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现区域内的坐标还原，完成料堆三维图像显示；并实时更新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态更新；所述数据预处理的过程是，激光扫描装置采集的数据是发射光心在0到180度范围内，周期性的以每0.5度或0.25度发射角度间隔发射光束，通过测量发射光束与料堆表面反射光束的时间差得出激光扫描装置发射光心到料堆反射表面空间距离；激光扫描装置安装相对位置数据是激光扫描装置到俯仰轴的距离，俯仰角度在零度时激光扫描装置相对于地面的高度；堆取料机实时运动状态数据与激光扫描装置采集的数据在时间上实现同步匹配，堆取料机走行、俯仰、回旋编码器的数据刷新与激光扫描装置的数据刷新两者的数据匹配原则是以激光扫描数据的时间为准，用最接近该时间的编码器数据去匹配激光扫描数据，这样每个时刻激光扫描数据都与编码器的信息建立了对应关系；所述数据坐标化处理过程是，首先以激光扫描装置为原点建立坐标系，某一时刻来自激光扫描装置的距离值和对应的发射角度值放入此坐标系下；随后对应料场建立料场坐标系，沿堆取料机走行轨道方向作为Y轴，平行料场地面并垂直轨道方向为X轴，垂直料场地面方向为Z轴；料场坐标系的原点与堆取料机走行值的原点重合，以堆取料机俯仰轴中心作为相对基点；安装于堆取料机悬臂上的激光扫描装置在当前时刻在料场坐标系下的空间坐标(x`，y`，z`)：x`≈s`cosφsinθ，y`≈s`cosφcosθ+S，z`≈h+s`sinφ或z`≈h‑s`sinφ式中：s`：激光扫描装置到相对基点的空间距离，φ：当前时刻俯仰编码器输出的俯仰角度值，θ：回转编码器输出的回转角度值，h：激光扫描装置在俯仰角度为0度时相对于地面的高度，S：走行编码器输出的走行值；根据当前时刻激光扫描数据与编码器的信息的对应关系，将当前时刻料堆表面被测点的一组数据从激光扫描装置坐标系下转换成料场坐标系下；在料场坐标系下，料堆表面一个被测点坐标值中的x、y值为被测点在料场平面的两维坐标位置，被测点z值为对应此x、y值时被测点的高度值；所述网格规范化处理过程是，对激光扫描装置采集的所有测量点坐标值进行均匀网格化处理，即在料场平面坐标下，在料场长度和宽度范围内沿轨道方向即Y轴、和沿垂直轨道方向即X轴，每间隔一定距离对整个料场进行等分，这样在料场的有效堆放范围内形成一个个大小面积相等均匀分布的网格，实现料场的数字化分割；对测量点落在网格中的点数量进行规范化整合处理，保证每个网格只对应一个坐标值；如果落在同一网格内有多个测量点数据，则对这些测量点的高度z求平均值作为网格点的z值，且规定网格点的x，y坐标为每个网格中心，最后以新坐标点作为落在此网格内的测量点坐标；规范化处理后的网格在数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组；每个网格单元或数组的一个元素，对应一个高度值。