(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211290149.9 (22)申请日 2022.10.20 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市铜山区大 学路1 号 (72)发明人 许少毅　冯廷宇　周公博　朱真才　 李威　王承涛　邢方方　余显浪　 孙天山　陈迎新　范俊展　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 罗运红 (51)Int.Cl. G01B 11/25(2006.01) G06T 7/00(2017.01) G06T 7/521(2017.01) (54)发明名称 一种适用 煤矿皮带输送机传输中高反光异 物检测的条纹 投影三维测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用煤矿皮带输送机传 输中高反光异物 检测的条纹投影三维测量方法， 该方法包括以下步骤： 1投影两幅灰度图到异物 表面， 相机采集图像， 计算环境光强与表面反射 率， 进一步计算相机坐标系下的自适应投影强 度。 2投影一幅散斑图像， 根据反射率优化采集的 散斑图， 并建立投影与采集图像的像素匹配关 系。 3根据像素匹配关系将相机坐标系下的自适 应投影强度对应到投影仪坐标系下， 进一步生成 自适应投影条纹图， 投影到异物表面， 测得异物 三维信息。 4根据三维信息检测皮带机表面异物。 本发明的方法避免了传统条纹投影三维测量方 法在测量高反光物体时测量失败的问题， 适用于 皮带机表 面存在锚杆、 铁丝网等金属异物的测量 问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115523866 A 2022.12.27 CN 115523866 A 1.一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影三维测量方法， 其特征 在于， 该方法包括以下步骤： 步骤1： 投影仪投影灰度为0和g的两幅灰度图像到异物表面， 相机采集 图像， 相机曝光 时间设置为t1， 根据这两幅投影图像和采集图像 的强度计算环境光强和表面反射率， 确定 相机最佳曝光时间to使得投影图像最亮时相机采集的图像不过曝， 根据环境光强和表面反 射率求出在最佳曝光时间to下使相机采集图像强度达到预设值所需的相机坐标系下的自 适应投影强度； 步骤2： 投影仪将一幅散斑 图像投影到异物表面， 相机采集图像， 相机曝光时间设置为 ts， 根据步骤 1计算出的环境光强和表面反射率对采集的散斑图进行优化， 根据投影散斑图 和优化散斑图确定投影仪和相机的像素匹配关系； 步骤3： 根据步骤2中计算的像素匹配关系， 将步骤1中计算的相机坐标系下的自适应投 影强度对应到投影仪坐标系 下， 得到投影仪坐标系 下的自适应投影强度， 根据投影仪坐标 系下的自适应投影强度生成自适应投影条纹， 将生成的自适应投影条纹投影到异物表面， 根据条纹 投影三维测量方法测得异 物三维信息； 步骤4： 根据异 物的三维信息检测皮带机表面异 物。 2.根据权利要求1所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特 征在于： 步骤1中相机采集图像的表示如下： 投影仪投影灰度图像到异 物表面， 相机采集图像， 采集得到的图像表示 为： Ic(x,y)＝ktr(x,y)Ip(x,y)+kt A(x,y)       (1) 式中， (x， y)为捕获图像 上像素点坐标， Ip(x， y)为投影图像在点(x， y)处的像 素灰度值， Ic(x， y)为点(x， y)处相机捕获图像的像素灰度值， t为相机曝光时间， k为相机灵敏度系数， r(x， y)为异 物的表面反射 率， A(x， y)为环境 光强。 3.根据权利要求2所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特 征在于， 系数为 k下的环境 光强kA(x， y)计算方法如下： 相机曝光时间设置为t1， 投影仪投影灰度为0的图像到异物表面， 即Ip(x， y)＝0， 捕获图 像记为 代入式(1)得到系数为 k下的环境 光强kA(x， y)为： 4.根据权利要求3所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特 征在于， 系数k下的表面反射 率kr(x， y)计算方法如下： 投影灰度为g的图像， 即Ip(x， y)＝g， 捕获图像记为 由式(2) 代 入式(1)得到系数k下的表面反射 率kr(x， y)为： 5.根据权利要求4所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特 征在于， 步骤(1)中， 自适应投影强度计算方法如下： 根据环境光强和表面反射率求得在最佳曝光时间to下达到最佳捕获图像强度所需的相 机坐标系下的自适应投影强度为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115523866 A 26.根据权利要求5所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特 征在于： 步骤2所述的散斑图的优化过程如式(5)所示： 式中， 为捕获的散斑 图， 为优化后的图像， ts为相机捕获散斑 图时的曝光 时间。 7.根据权利要求1所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特 征在于： 步骤2所述的确定像素匹配关系的方法如下： 投影散斑图记为A1， 优化散斑图记为B1， 对A1和B1进行极线校正， 得到 校正后投影散斑图 A2和校正后优化散斑图B2， 对于A1上一像素点(m， n)， 根据极线校正关系对应到A2上的像素 (mr， nr)， 在B2上找到与(mr， nr)处于同一行的像素， 计算这些像素与(mr， nr)的零均值归一 化互相关系数ZNCC， 找到这些像素中ZNCC值最大的像素(pr， qr)， 根据极线 校正关系将(pr， qr)对应到B1上的像素(p， q)， 由此得到投影仪坐标系下的像素(m,n)在相机坐标系下 的匹 配像素(p， q)， 对于投影仪坐标系下的所有像素都采用此方法找到其在相机坐标系下的匹 配像素， 由此确定投影仪与相机的像素匹配关系。 8.根据权利要求1所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特征在于： 步骤3所述的生成的自适应投影条纹为相移条纹， 其灰度值采 用式(6)计算： 式中， (xp， yp)为投影仪的像素坐标， Ip(xp， yp)为投影仪坐标系下的自适应投影强度， f 为条纹频率， xp为像素的横坐标， N为总的相移步数， i＝1,2,3, …,N， Ii(xp， yp)为频率为f 的 第i幅相移条纹图。 9.根据权利要求1所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投影 三维测量方法， 其特征在于： 步骤3所述的条纹投影三 维测量方法采用四步相移 三频外差方 法。 10.根据权利要求8所述的一种适用煤矿皮带输送机传输中高反光异物检测的条纹投 影三维测量方法， 其特 征在于： 式(6)中的条纹频率采用73、 64、 5 6三种频率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115523866 A 3