王 葵 潘洪权 张 胜 代清友 黄绍伦广东省特种设备检测研究院 广州 528251摘 要：介绍采用视觉几何测量技术开发的一套视觉测量系统，该系统实现对自动扶梯制停距离、梯级速度、加减速度等参数的测量。首先，采用标定板对该系统进行标定，确定每一个像素对应的物理尺寸。其次，系统按照采样周期采集梯级运行图像，并且对采集的图像进行处理，得到相邻图像之间的特征点。最后，根据标准对测量参数的要求，系统对特征点进行算法处理，得到各个参数的结果。该系统实用性强、可信度高，为自动扶梯的检验提供了一种新的检验方法。关键词：自动扶梯；视觉几何；标定；检验中图分类号：TH236 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）05-0131-030 引言随着我国经济的高速发展，自动扶梯也得到了快速的增长。然而，自动扶梯在给人们带来便利的同时，其自身的不安全因素导致的安全事故也时有发生, 自动扶梯的安全成为公众越来越关注的热点。自动扶梯的运行参数包括自动扶梯的制停距离、梯级运行速度、加减速度等运行参数。这些运行参数直接关系着乘客乘坐自动扶梯的舒适性和安全性，是自动扶梯检验中重要的检验项目。在目前的检验中，检验人员通过划线法完成制动距离的检验，采用手持式测速器完成梯级速度和加减速度的检验。但这些方法检验准确度低，结果不可靠。机器视觉在测距、测速等方面已经得到了很多研究者的研究[1-4]。本文采用视觉几何测量技术开发一套视觉测量系统，对自动扶梯的运行参数进行测量，解决运行参数在检验中结果可信度差、实用性不强的问题。1 视觉测量系统结构视觉测量系统由摄像机、三角支架、电脑、标定板组成。三角支架放置在自动扶梯的出入口，摄像机被垂直安装在三角支架上。测量过程中，将标定板（如图2 所示）放置在梯级上，摄像机正对标定板完成测量系统的标定。启动自动扶梯，测量系统开始采集自动扶梯运行的图像。根据图片和采样间隔，系统推算出梯级的制停距离、梯级运行速度、加减速度等运行参数。2 摄像机的标定摄像机标定中有4 个坐标系，分别是世界坐标系、相机坐标系、像素坐标系和图像坐标系。该测量系统中只使用一个摄像机，只需对单目摄像机进行标定。由于只需进行距离、速度等相对运行参数的测量，测量系统只需完成像素坐标系和图像坐标系之间的坐标转换。如图2 所示，像素坐标系以左上角的O0 为原点，建立O0UV 坐标系。图像坐标系以图像中心O1 为原点，建立O1XY 坐标系。数字图像都存储为一个M×N 的数组，数组中每一个元素就代表一个像素。图1 中，每一个像素的坐标(u ,v ) 代表的是该像素在数组中的行数和列数，而(x , y ) 代表的是像素在物理图像中的坐标。每一个像素在物理坐标系的X 轴和Y 轴上对应的物理尺寸分别为dx 和dy 。图1 标定板根据2 个坐标系的转换关系，可以得到在标定板的中心作2 条正交垂直的中心线。然后将标定板放置到摄像机的视场之中，调整摄像机的镜头，使标定板的中心线与视频窗口中的图像坐标系的两条中心线重合。摄像机采集标定板的图像，对标定板的图像进行处理。计算机读取标定板中黑色圆点在像素坐标系中的坐标(u ,v )，并且根据已知的黑色圆点在图像坐标系中的坐标(x , y )。将u、v、x、y 等参数代入式（1）或式（2）求得dx 和dy 。图2 像素坐标系和图像坐标系3 计算运行参数3.1 图像处理视觉测量系统的图像处理过程如图3 所示。摄像机按照采样周期采集自动扶梯的梯级图像。计算机对采集的图像进行预处理。将采集的彩色图像变成单通道的灰度图像，通过自适应阈值分割算法将图像变成灰白分明的图像。图3 图像处理流程图计算机完成图像相似特征的匹配。计算机对摄像机前后拍摄的2 幅图像进行匹配计算。后一幅图像的一块区域和前一幅图像的一块区域进行逐一比对。完成2 幅图片所有区域的对比，找到差别最小的两块区域，即2幅图片的匹配区域。计算机完成匹配区域的轮廓和特征点的提取。计算机通过计算匹配区域的面积、长度以及圆形度提取出匹配区域的轮廓。进一步，计算机对提取的轮廓采用拟合椭圆[5] 方法计算出不规则匹配区域的中心像素坐标。计算机将得到的中心像素坐标作为两幅图像的特征点，通过两幅图像的特征点之间的距离以及采样周期可以得到自动扶梯相关运动参数。3.2 计算运行参数3.2.1 扶梯制动距离如图4 所示，在每张图片的中心作一条中心线，可以得到通过图像处理得到的特征点和中心线之间的距离。图中前后2 次拍摄的图片之间移动的距离可以表示为图4 距离计算图根据标准GB 16899—2011 的要求，制停距离应从电气停止装置动作时开始测量直到自动扶梯停止时完成测量。当自动扶梯电气停止装置动作时，视觉测量系统接收一个电信号并且开始采集梯级图片。系统检测到梯级的速度为0 时，停止采集梯级图像。计算机通过式(4)计算制停距离式中：S 为制停距离，N 表示总的采样周期数， i ΔS为一个周期内梯级移动的距离。3.2.2 梯级速度根据图4 可以得到前后2 个图像梯级运动的距离，两者之间的时间间隔可以通过计算机的采样周期得到。因此，梯级的瞬时速度可通过以下公式求得式中：ΔT 为计算机的采样周期。梯级某一时段的平均速度为式中：S 3 为某一时段内梯级运行的距离，T 为某一时段内的时间。3.2.3 梯级加减速度根据式(5) 可以求得梯级的瞬时速度，相邻瞬时速度之间的时间间隔也为计算机的采样周期，则可以得到梯级的加减速度公式式中：ΔV 为相邻瞬时速度之间的速度差。4 结论采用视觉几何技术完成自动扶梯的制停距离、梯级速度、加减速度的测量。标定过程简单，只需要完成像素坐标系和图像坐标系的转换，得到每一个像素对应的物理尺寸。通过图像处理和图像匹配可以得到梯级在一个采样周期内的移动距离。根据标准对自动扶梯运行参数的要求，对周期时间和周期内移动的距离进行计算处理，得到自动扶梯各个运行参数的结果。整个测量过程操作简单，可信度高，实用性强，为自动扶梯检验提供了一种新的检验方法。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章小米第一款能“拍Vlog”的智能摄像机全新上线，看家智能AI双光监控摄像头是什么？有什么作用？防爆热成像摄像机在煤矿业中有哪些用途与优势网络摄像机：720P、960P、1080P、4K之间有什么区别？基于无人机的SWIR摄像机在日光下检查太阳能电池板缺陷
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