權(quán)利要求書： 1.一種礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：依托用于向輸送帶背面發(fā)射多道平行線性光的多道線性光發(fā)射器和用于視頻采集及圖像處理分析的視覺傳感器實(shí)施，檢測方法包括以下步驟：

第一步，視頻采集：視覺傳感器實(shí)時采集處于運(yùn)動中的輸送帶被多道線性光所覆蓋的帶面區(qū)域的視頻圖像；

第二步，單幀圖像處理分析：視覺傳感器對采集的視頻圖像逐幀進(jìn)行單幀圖像處理分析，具體包括步驟：

①對采集的視頻圖像分幀進(jìn)行圖像預(yù)處理；

②對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行閾值分割并二值化；

③二值化后的圖像通過對封閉團(tuán)塊的周長、面積約束去除可能的干擾團(tuán)塊，獲得多道線性光光條二值化圖像；

④對各線性光條的二值化圖像，查找光條的上下左右邊界，將邊界內(nèi)圖像作為ROI區(qū)域；

⑤在ROI圖像上，提取各道線性光光條中心線；

⑥判斷光條中心線的凹凸特性；

⑦判斷光條中心線的連續(xù)性特性，尋找中心線上的非正常波動階躍點(diǎn)；具體方法為：求出光條中心線在區(qū)間上點(diǎn)的離散導(dǎo)數(shù)，其中導(dǎo)數(shù)大于設(shè)定閾值的點(diǎn)即認(rèn)為是非正常波動階躍點(diǎn)，所述閾值根據(jù)曲線凹凸特性及輸送帶運(yùn)動方向相應(yīng)設(shè)置；

⑧根據(jù)確定的中心線凹凸特性、中心線上的非正常波動階躍點(diǎn)特征，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶運(yùn)動方向，判斷輸送帶是否有撕裂損傷；若判斷為有撕裂損傷，則計算撕裂損傷的寬度和深度，然后進(jìn)入步驟⑨；若無，則返回步驟①；判斷輸送帶是否有撕裂損傷的具體方法為，通過以下步驟進(jìn)一步判定由所述第二步的步驟⑦確定的非正常波動階躍點(diǎn)是否為輸送帶損傷的縱向邊界點(diǎn)：

H、利用光條中心線切線水平特征，找到曲線拐點(diǎn)；

I、濾除偽邊界點(diǎn)：比較中心線上非正常波動階躍點(diǎn)相對于曲線拐點(diǎn)的位置，若在設(shè)定范圍的鄰域內(nèi)只找到一個非正常波動階躍點(diǎn)，則認(rèn)為該波動階躍點(diǎn)是偽邊界點(diǎn)并濾除并進(jìn)入步驟J；

J、根據(jù)中心線上非正常波動階躍點(diǎn)相對于曲線拐點(diǎn)的位置，融合輸送帶運(yùn)動方向，判斷各非正常波動階躍點(diǎn)是輸送帶異物邊界點(diǎn)還是損傷邊界點(diǎn)：當(dāng)輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向不一致時，則判定該非正常波動階躍點(diǎn)為輸送帶撕裂損傷的縱向邊界點(diǎn)，繼而判斷輸送帶有撕裂損傷；反之，當(dāng)輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向一致時，則判定該非正常波動階躍點(diǎn)為帶面異物引起的光條中心線形變；判斷有撕裂損傷時，計算撕裂損傷的寬度和深度的具體方法為：

K、對判定為輸送帶損傷的每一處損傷，在當(dāng)前圖像幀中的y條中心線上搜索2×y個邊界點(diǎn)，計算每條中心線上2個邊界點(diǎn)連線的直線距離，y個距離求取平均值作為損傷在當(dāng)前圖像幀上的寬度值，其中y為小于等于線性光發(fā)射器發(fā)出的光條總數(shù)的自然數(shù)；

L、對判定為輸送帶損傷的每一處損傷，y條中心線上搜索2×y個邊界點(diǎn)，計算每條中心線上2個邊界點(diǎn)之間的曲線線段的最低點(diǎn)到連接2個邊界點(diǎn)的直線間的垂直距離，y個距離求取平均值作為當(dāng)前損傷的深度值；其中y為小于等于線性光發(fā)射器發(fā)出的光條總數(shù)的自然數(shù)；

⑨根據(jù)多道線性光中心線上的撕裂損傷特征融合判斷當(dāng)前圖像幀中的撕裂損傷是否為一條損傷的起點(diǎn)，若是，記錄起點(diǎn)標(biāo)記；若否，則判斷是否為一條損傷的終點(diǎn)，若是，記錄終點(diǎn)標(biāo)記；若否，則記錄損傷邊界點(diǎn)信息后返回步驟①；

⑩重復(fù)前述步驟①～⑨至所有單幀圖像處理分析完畢，視覺傳感器判斷輸送帶是否有撕裂損傷記錄，若有，進(jìn)入第三步，若無，則返回第一步；

第三步，多幀圖像融合處理分析：視覺傳感器對由第二步處理分析完畢后的各單幀圖像，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶運(yùn)動速度進(jìn)行多幀圖像融合處理分析，得到輸送帶撕裂損傷完整信息并輸出，具體包括步驟：

A、根據(jù)相鄰圖像幀上損傷存在與否，在圖像序列中查找同一條撕裂損傷的起點(diǎn)幀和終點(diǎn)幀；

B、根據(jù)起點(diǎn)幀到終點(diǎn)幀的圖像幀數(shù)及視覺傳感器設(shè)定的幀率信息，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶速度值，計算輸送帶上該條損傷的長度值；將記錄的該條損傷在各圖像幀的寬度和深度值進(jìn)行均值計算得到該條損傷的平均寬度與深度；

C、將記錄的該條損傷在各圖像幀中的邊界點(diǎn)連線，繪制成該條損傷的軌跡輪廓；

D、重復(fù)步驟A～C，直至圖像序列中所有撕裂損傷均處理完畢，視覺傳感器將輸送帶各條撕裂損傷的坐標(biāo)位置以及撕裂損傷的長度、寬度、深度和軌跡輪廓信息記錄存儲并發(fā)送外部監(jiān)控設(shè)備。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：所述多道線性光發(fā)射器和視覺傳感器分別固定安裝在輸送帶的上帶面和下帶面之間的皮帶機(jī)機(jī)架上，且多道線性光發(fā)射器和視覺傳感器設(shè)于皮帶機(jī)機(jī)架同一機(jī)架單元內(nèi)的兩個托輥之間；多道線性光發(fā)射器具有的發(fā)射頭向上傾斜設(shè)置，使用時多道線性光發(fā)射器發(fā)出的線性光投射在帶式輸送機(jī)上部輸送帶的背面，視覺傳感器以與多道線性光發(fā)射器間隔一定距離且視覺傳感器具有的圖像采集傳感器向上傾斜與多道線性光發(fā)射器的發(fā)射頭相向的方式設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：所述第二步的步驟①的具體方法，包括形態(tài)學(xué)處理和雙邊濾波，所述形態(tài)學(xué)處理使用開運(yùn)算先膨脹再腐蝕，以移除圖像幀中因噪聲或干擾引起的小像素塊；所述雙邊濾波采用基于高斯分布的加權(quán)平均方法，用周邊像素亮度值的加權(quán)平均代表某個像素的強(qiáng)度，以在保持邊緣的前提下使圖像降噪平滑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：所述第二步的步驟②的具體方法，包括使用最小類間方差結(jié)合目標(biāo)面積的方法確定分割閾值T，按閾值T分割圖像并進(jìn)行二值化處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：所述第二步的步驟⑤的具體方法為：采用按每條光條按列取光條中心點(diǎn)并連線方法提取中心線，包括步驟：

E、查找每條光條的上下邊界：按列搜索圖像灰度矩陣，灰度值從0→255或者從255→0點(diǎn)的正負(fù)兩個跳變點(diǎn)即為光條在此列上的上下邊界點(diǎn)；

F、將同一光條所有上邊界點(diǎn)和所有下邊界點(diǎn)分別連線，所得2條曲線即為該條光條的上下邊界線；

G、將每條光條邊界線按列取中點(diǎn)，將同一光條所取各中點(diǎn)連接的曲線即為該條光條的光條中心線。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：所述第二步的步驟⑥判斷光條中心線的凹凸特性的具體方法為利用曲線凹凸性的定義自動判斷光條中心線的凹凸特性：

設(shè)函數(shù)f(x)是定義在區(qū)間β上的光條中心線曲線方程，對區(qū)間β內(nèi)的任意兩點(diǎn)x1和x2，

若



則f(x)為凹形；

若



則f(x)為凸形。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其特征在于：所述第二步的步驟⑨中，根據(jù)多道線性光中心線上的撕裂損傷特征融合判斷當(dāng)前圖像幀中的撕裂損傷是否為一條損傷的起點(diǎn)和終點(diǎn)的具體方法為：

M、若當(dāng)前圖像幀滿足多道線性光中心線上出現(xiàn)沿輸送帶運(yùn)動方向的前n條中心線無形變，而后m條中心線上有損傷形變這一條件，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷是一條損傷的起點(diǎn)，若不滿足，則根據(jù)當(dāng)前圖像幀的前一幀圖像幀檢測結(jié)果為無損傷，而當(dāng)前幀圖像檢測結(jié)果為有損傷的判據(jù)，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷為一條損傷的起點(diǎn)；

N、若當(dāng)前圖像幀滿足多道線性光中心線上出現(xiàn)沿輸送帶運(yùn)動方向的前n條中心線有損傷傷痕形變，而后m條中心線上無形變這一條件，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷是一條損傷的終點(diǎn)，若不滿足，則根據(jù)當(dāng)前圖像幀的前一幀圖像幀檢測結(jié)果為包含損傷，而當(dāng)前幀圖像檢測結(jié)果為無損傷的判據(jù)，認(rèn)為前一圖像幀中的損傷是一條損傷的終點(diǎn)；

其中，n+m＝線性光發(fā)射器發(fā)出的線性光總條數(shù)。

說明書： 礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法。

背景技術(shù)

帶式輸送機(jī)因其運(yùn)輸效率高，是煤礦井下運(yùn)煤的主要設(shè)備。但在井下運(yùn)煤過程中，由于錨桿、釬子等掉落異物的插入，或較硬物體卡堵而運(yùn)輸皮帶向前運(yùn)動，極易造成輸送帶的撕裂損傷，當(dāng)這種損傷不斷擴(kuò)大，會造成運(yùn)輸物掉落，引起生產(chǎn)事故。

機(jī)器視覺以其非接觸，損耗小，維護(hù)簡單的優(yōu)勢，越來越多的應(yīng)用在工業(yè)自動化檢測場景中。目前，利用機(jī)器視覺的方法檢測皮帶縱撕，主要有以下幾類方法：

1、針對可見光或紅外光圖像進(jìn)行分析，通過圖像或者閾值分割后的圖像中的邊緣、角點(diǎn)、連通等特征來判斷圖像中是否存在皮帶撕裂損傷，如有損傷計算像素確定損傷的寬度、長度。如公開號為CN110111303A、名稱為“一種基于動態(tài)圖像的大型運(yùn)載皮帶撕裂故障智能檢測方法”以及公開號為CN109850518A、名稱為“一種基于紅外圖像的實(shí)時礦用膠帶預(yù)警撕裂檢測方法”等中國專利文獻(xiàn)所公開的方法。由于煤礦井下光照較弱且不均勻，粉塵潮氣較大，上述方法經(jīng)常會因?yàn)闊o法采集到合適的視頻圖像，進(jìn)而無法有效地分割撕裂損傷特征而無法在煤礦井下實(shí)際應(yīng)用。

2、基于機(jī)器學(xué)習(xí)或者深度學(xué)習(xí)的方法檢測皮帶是否發(fā)生撕裂損傷。如公開號為CN109178831A的中國專利文獻(xiàn)所公開的一種皮帶機(jī)縱向撕裂檢測方法，采用SVM分類計數(shù)檢測皮帶機(jī)是否發(fā)生縱向撕裂；又如公開號為CN109879005A的中國專利文獻(xiàn)所公開的皮帶撕裂檢測裝置及方法，采用ResNet神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與推理推測皮帶撕裂結(jié)果。此類方法主要著眼于撕裂與否的判斷，沒有撕裂特征向量的具體檢測，進(jìn)而無法跟蹤撕裂損傷的趨勢變化。

3、基于線性激光圖像輔助檢測皮帶撕裂損傷。如公開號為CN105129370A的中國專利文獻(xiàn)所公開的一種帶式輸送機(jī)縱向撕裂檢測方法，通過檢測線激光曲線是否發(fā)生較大波動判斷帶式輸送機(jī)是否發(fā)生縱向撕裂。此檢測方法帶面沾有異物或有光干擾時，會影響激光條紋波動性判斷造成誤判；又如公開號為CN106276132A的中國專利文獻(xiàn)所公開的一種基于線激光圖像的輸送帶縱向撕裂在線檢測方法，其通過計算激光條紋骨架上點(diǎn)的二階導(dǎo)數(shù)，判斷激光條紋波動是否異常，進(jìn)而判斷輸送帶是否發(fā)生縱向撕裂。此檢測方法因沒有考慮皮帶運(yùn)動方向和條紋波動方向，因此若帶面沾有異物會造成錯誤判斷；且上述兩種方法都只判斷撕裂有無，并沒有進(jìn)一步計算撕裂的特征信息，因而在具體實(shí)施過程中無法跟蹤撕裂的變化，進(jìn)而不具有實(shí)際指導(dǎo)意義。再如公開號為CN110171691A的中國專利文獻(xiàn)公開有一種帶式傳輸機(jī)皮帶撕裂狀態(tài)檢測方法及檢測系統(tǒng)，其利用平行的N道線性激光，通過判斷N道線性激光端點(diǎn)的個數(shù)是否大于2，且端點(diǎn)間距離是否大于閾值L，判斷該道激光有斷點(diǎn)；若檢測到有斷點(diǎn)的激光數(shù)量超過設(shè)定閾值n，則判定輸送帶發(fā)生撕裂。此方法通過多道線性光進(jìn)行冗余判斷，準(zhǔn)確率有了一定提升。但檢測方法中并未涉及撕裂損傷的長度、寬度、深度等特征信息計算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，采用該方法能夠?qū)斔蛶欠袼毫褤p傷進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，有損傷時能夠有效計算并輸出撕裂損傷的長度、寬度、深度以及損傷輪廓等特征，適于煤礦實(shí)施和應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，依托用于向輸送帶背面發(fā)射多道平行線性光的多道線性光發(fā)射器和用于視頻采集及圖像處理分析的視覺傳感器實(shí)施，包括以下步驟：

第一步，視頻采集：視覺傳感器實(shí)時采集處于運(yùn)動中的輸送帶被多道線性光所覆蓋的帶面區(qū)域的視頻圖像；

第二步，單幀圖像處理分析：視覺傳感器對采集的視頻圖像逐幀進(jìn)行單幀圖像處理分析，具體包括步驟：

①對采集的視頻圖像分幀進(jìn)行圖像預(yù)處理；

②對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行閾值分割并二值化；

③二值化后的圖像通過對封閉團(tuán)塊的周長、面積約束去除可能的干擾團(tuán)塊，獲得多道線性光光條二值化圖像；

④對各線性光條的二值化圖像，查找光條的上下左右邊界，將邊界內(nèi)圖像作為ROI區(qū)域；

⑤在ROI圖像上，提取各道線性光光條中心線；

⑥判斷光條中心線的凹凸特性；

⑦判斷光條中心線的連續(xù)性特性，尋找中心線上的非正常波動階躍點(diǎn)；

⑧根據(jù)確定的中心線凹凸特性、中心線上的非正常波動階躍點(diǎn)特征，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶運(yùn)動方向，判斷輸送帶是否有撕裂損傷；若判斷為有撕裂損傷，則計算撕裂損傷的寬度和深度，然后進(jìn)入步驟⑨；若無，則返回步驟①；

⑨根據(jù)多道線性光中心線上的撕裂損傷特征融合判斷當(dāng)前圖像幀中的撕裂損傷是否為一條損傷的起點(diǎn)，若是，記錄起點(diǎn)標(biāo)記；若否，則判斷是否為一條損傷的終點(diǎn)，若是，記錄終點(diǎn)標(biāo)記；若否，則記錄損傷邊界點(diǎn)信息后返回步驟①；

⑩重復(fù)前述步驟①～⑨至所有單幀圖像處理分析完畢，視覺傳感器判斷輸送帶是否有撕裂損傷記錄，若有，進(jìn)入第三步，若無，則返回第一步；

第三步，多幀圖像融合處理分析：視覺傳感器對由第二步處理分析完畢后的各單幀圖像，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶運(yùn)動速度進(jìn)行多幀圖像融合處理分析，得到輸送帶撕裂損傷完整信息并輸出，具體包括步驟：

A、根據(jù)相鄰圖像幀上損傷存在與否，在圖像序列中查找同一條撕裂損傷的起點(diǎn)幀和終點(diǎn)幀；

B、根據(jù)起點(diǎn)幀到終點(diǎn)幀的圖像幀數(shù)及視覺傳感器設(shè)定的幀率信息，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶速度值，計算輸送帶上該條損傷的長度值；將記錄的該條損傷在各圖像幀的寬度和深度值進(jìn)行均值計算得到該條損傷的平均寬度與深度；

C、將記錄的該條損傷在各圖像幀中的邊界點(diǎn)連線，繪制成該條損傷的軌跡輪廓；

D、重復(fù)步驟A～C，直至圖像序列中所有撕裂損傷均處理完畢，視覺傳感器將輸送帶各條撕裂損傷的坐標(biāo)位置以及撕裂損傷的長度、寬度、深度和軌跡輪廓信息記錄存儲并發(fā)送外部監(jiān)控設(shè)備。

進(jìn)一步的方案是：上述多道線性光發(fā)射器和視覺傳感器分別固定安裝在輸送帶的上帶面和下帶面之間的皮帶機(jī)機(jī)架上，且多道線性光發(fā)射器和視覺傳感器設(shè)于皮帶機(jī)機(jī)架同一機(jī)架單元內(nèi)的兩個托輥之間；多道線性光發(fā)射器具有的發(fā)射頭向上傾斜設(shè)置，使用時多道線性光發(fā)射器發(fā)出的線性光投射在帶式輸送機(jī)上部輸送帶的背面，視覺傳感器以與多道線性光發(fā)射器間隔一定距離且視覺傳感器具有的圖像采集傳感器向上傾斜與多道線性光發(fā)射器的發(fā)射頭相向的方式設(shè)置。

進(jìn)一步的方案是：上述第二步的步驟①的具體方法，包括形態(tài)學(xué)處理和雙邊濾波，上述形態(tài)學(xué)處理使用開運(yùn)算先膨脹再腐蝕，以移除圖像幀中因噪聲或干擾引起的小像素塊；上述雙邊濾波采用基于高斯分布的加權(quán)平均方法，用周邊像素亮度值的加權(quán)平均代表某個像素的強(qiáng)度，以在保持邊緣的前提下使圖像降噪平滑。

進(jìn)一步的方案是：上述第二步的步驟②的具體方法，包括使用最小類間方差結(jié)合目標(biāo)面積的方法確定分割閾值T，按閾值T分割圖像并進(jìn)行二值化處理。

進(jìn)一步的方案是：上述第二步的步驟⑤的具體方法為：采用按每條光條按列取光條中心點(diǎn)并連線方法提取中心線，包括步驟：

E、查找每條光條的上下邊界：按列搜索圖像灰度矩陣，灰度值從0→255或者從255→0點(diǎn)的正負(fù)兩個跳變點(diǎn)即為光條在此列上的上下邊界點(diǎn)；

F、將同一光條所有上邊界點(diǎn)和所有下邊界點(diǎn)分別連線，所得2條曲線即為該條光條的上下邊界線；

G、將每條光條邊界線按列取中點(diǎn)，將同一光條所取各中點(diǎn)連接的曲線即為該條光條的光條中心線。

進(jìn)一步的方案是：上述第二步的步驟⑥判斷光條中心線的凹凸特性的具體方法為利用曲線凹凸性的定義自動判斷光條中心線的凹凸特性：

設(shè)函數(shù)f(x)是定義在區(qū)間β上的光條中心線曲線方程，對區(qū)間β內(nèi)的任意兩點(diǎn)



和



，

若



，則f(x) 為凹形；

若



，則f(x)為凸形。

進(jìn)一步的方案是：上述第二步的步驟⑦的具體方法為：

求出光條中心線在區(qū)間上點(diǎn)的離散導(dǎo)數(shù)，其中導(dǎo)數(shù)大于設(shè)定閾值的點(diǎn)即認(rèn)為是非正常波動階躍點(diǎn)，上述閾值根據(jù)曲線凹凸特性及輸送帶運(yùn)動方向相應(yīng)設(shè)置。

進(jìn)一步的方案是：上述第二步的步驟⑧中，判斷輸送帶是否有撕裂損傷的具體方法為，通過以下步驟進(jìn)一步判定由上述第二步的步驟⑦確定的非正常波動階躍點(diǎn)是否為輸送帶損傷的縱向邊界點(diǎn)：

H、利用光條中心線切線水平特征，找到曲線拐點(diǎn)；

I、濾除偽邊界點(diǎn)：比較中心線上非正常波動階躍點(diǎn)相對于曲線拐點(diǎn)的位置，若在設(shè)定范圍的鄰域內(nèi)只找到一個非正常波動階躍點(diǎn)，則認(rèn)為該波動階躍點(diǎn)是偽邊界點(diǎn)并濾除并進(jìn)入步驟J；

J、根據(jù)中心線上非正常波動階躍點(diǎn)相對于曲線拐點(diǎn)的位置，融合輸送帶運(yùn)動方向，判斷各非正常波動階躍點(diǎn)是輸送帶異物邊界點(diǎn)還是損傷邊界點(diǎn)：當(dāng)輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向不一致時，則判定該非正常波動階躍點(diǎn)為輸送帶撕裂損傷的縱向邊界點(diǎn)，繼而判斷輸送帶有撕裂損傷；反之，當(dāng)輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向一致時，則判定該非正常波動階躍點(diǎn)為帶面異物引起的光條中心線形變。

進(jìn)一步的方案是：上述步驟J中判斷有撕裂損傷時，計算撕裂損傷的寬度和深度的具體方法為：

K、對判定為輸送帶損傷的每一處損傷，在當(dāng)前圖像幀中的y條中心線上搜索2×y個邊界點(diǎn)，計算每條中心線上2個邊界點(diǎn)連線的直線距離，y個距離求取平均值作為損傷在當(dāng)前圖像幀上的寬度值，其中y為小于等于線性光發(fā)射器發(fā)出的光條總數(shù)的自然數(shù)；

L、對判定為輸送帶損傷的每一處損傷，y條中心線上搜索2×y個邊界點(diǎn)，計算每條中心線上2個邊界點(diǎn)之間的曲線線段的最低點(diǎn)到連接2個邊界點(diǎn)的直線間的垂直距離，y個距離求取平均值作為當(dāng)前損傷的深度值；其中y為小于等于線性光發(fā)射器發(fā)出的光條總數(shù)的自然數(shù)。

進(jìn)一步的方案還有：上述第二步的步驟⑨中，根據(jù)多道線性光中心線上的撕裂損傷特征融合判斷當(dāng)前圖像幀中的撕裂損傷是否為一條損傷的起點(diǎn)和終點(diǎn)的具體方法為：

M、若當(dāng)前圖像幀滿足多道線性光中心線上出現(xiàn)沿輸送帶運(yùn)動方向的前n條中心線無形變，而后m條中心線上有損傷形變這一條件，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷是一條損傷的起點(diǎn)，若不滿足，則根據(jù)當(dāng)前圖像幀的前一幀圖像幀檢測結(jié)果為無損傷，而當(dāng)前幀圖像檢測結(jié)果為有損傷的判據(jù)，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷為一條損傷的起點(diǎn)；

N、若當(dāng)前圖像幀滿足多道線性光中心線上出現(xiàn)沿輸送帶運(yùn)動方向的前n條中心線有損傷傷痕形變，而后m條中心線上無形變這一條件，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷是一條損傷的終點(diǎn)，若不滿足，則根據(jù)當(dāng)前圖像幀的前一幀圖像幀檢測結(jié)果為包含損傷，而當(dāng)前幀圖像檢測結(jié)果為無損傷的判據(jù)，認(rèn)為前一圖像幀中的損傷是一條損傷的終點(diǎn)；

其中，n＋m＝線性光發(fā)射器發(fā)出的線性光總條數(shù)。

本發(fā)明具有積極的效果：（1）本發(fā)明的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，以視覺圖像處理算法融合皮帶運(yùn)行特征信息，能夠有效地動態(tài)跟蹤檢測輸送帶是否損傷及有損傷時損傷的長、寬、深等定量特征信息及損傷輪廓、損傷在圖片中的位置等有用信息并輸出給煤礦相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，以便對損傷做出及時相應(yīng)的處理。（2）本發(fā)明的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其在檢測過程中能夠有效區(qū)別輸送帶撕裂損傷和輸送帶沾有異物，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)中易將輸送帶沾有異物誤判為損傷的技術(shù)問題。（3）本發(fā)明的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，其通過多道線性光的冗余判斷，能夠有效提高輸送帶撕裂損傷判定的準(zhǔn)確性和可靠性。（4）本發(fā)明的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，依托的硬件設(shè)備簡單，布設(shè)方便，工作可靠，且算法復(fù)雜度不高，能夠運(yùn)行于低功耗的嵌入式系統(tǒng)上，便于煤礦場景的實(shí)際應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法所采用的硬件設(shè)備在礦用帶式輸送機(jī)上安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的方法流程示意圖；

圖3為本發(fā)明方法步驟中利用曲線凹凸性的定義自動判斷光條中心線的凹凸特性中凹性的示意圖；

圖4為本發(fā)明方法步驟中利用曲線凹凸性的定義自動判斷光條中心線的凹凸特性中凸性的示意圖；

圖5為本發(fā)明方法步驟中所使用的光條中心線離散導(dǎo)數(shù)特征示意圖，圖中類似閃電的曲線為導(dǎo)數(shù)曲線，標(biāo)有點(diǎn)號的2條曲線為光條中心線；

圖6為本發(fā)明方法步驟中利用輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向判斷非正常波動階躍點(diǎn)是損傷邊界點(diǎn)還是輸送帶異物邊界點(diǎn)的示意圖。

上述附圖中的附圖標(biāo)記如下：

托輥1，輸送帶2，上帶面2-1，下帶面2-2，帶式輸送機(jī)機(jī)架3，多道線性光發(fā)射器4，視覺傳感器5。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

（實(shí)施例1）

本實(shí)施例的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，依托用于向輸送帶背面發(fā)射多道平行線性光的多道線性光發(fā)射器和用于視頻采集及圖像處理分析的視覺傳感器實(shí)施，如圖1所示，多道線性光發(fā)射器4和視覺傳感器5分別固定安裝在輸送帶2的上帶面2-1和下帶面2-2之間的帶式輸送機(jī)機(jī)架3上，且多道線性光發(fā)射器和視覺傳感器設(shè)于帶式輸送機(jī)機(jī)架3同一機(jī)架單元內(nèi)的兩個托輥1之間，以避免托輥1對視頻圖像的影響；多道線性光發(fā)射器4具有的發(fā)射頭向上傾斜設(shè)置，使用時多道線性光發(fā)射器4發(fā)出的線性光投射在輸送帶2的上帶面2-1的背面（也即內(nèi)端面）上，視覺傳感器5以與多道線性光發(fā)射器4間隔一定距離且視覺傳感器5具有的圖像采集傳感器向上傾斜與多道線性光發(fā)射器4的發(fā)射頭相向的方式設(shè)置。

多道線性光發(fā)射器4和視覺傳感器5安裝完畢后，對多道線性光發(fā)射器4所發(fā)出的光線進(jìn)行調(diào)整，包括調(diào)整每道線性光的長度與光線間隔，使其滿足光強(qiáng)集中、亮度高、覆蓋輸送帶2的上帶面2-1的背面整個寬度的要求；如果線性光不能覆蓋輸送帶2的上帶面2-1的背面整個寬度，則采用多個線性光發(fā)射器4組合使用。調(diào)整視覺傳感器5的安裝角度，使其滿足不與多道線性光發(fā)射器4正面對射、能夠完整采集所有線性光條覆蓋的輸送帶2的上帶面2-1的背面區(qū)域的要求。

多道線性光發(fā)射器4和視覺傳感器5均為市購產(chǎn)品，視覺傳感器5是一臺集視頻采集與視頻分析、融合計算的軟硬件一體化平臺，構(gòu)建于低功耗嵌入式系統(tǒng)之上，滿足煤礦場景的實(shí)施應(yīng)用，視覺傳感器5內(nèi)置的圖像分析算法是基于opencv開發(fā)的一套跨平臺的軟件算法，使用時算法以動態(tài)鏈接庫的方式運(yùn)行于視覺傳感器5內(nèi)部的計算平臺上，算法設(shè)置了對外的函數(shù)接口，通過接口函數(shù)與其他模塊進(jìn)行交互獲取輸送帶運(yùn)動方向、輸送帶運(yùn)動速度等外部參數(shù)；視覺傳感器5對于損傷信息的記錄通過消息隊(duì)列傳到系統(tǒng)其他模塊。

本實(shí)施例的礦用帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂損傷檢測方法，主要由以下步驟實(shí)施：

第一步，視頻采集：視覺傳感器5實(shí)時采集處于運(yùn)動中的輸送帶2被多道線性光所覆蓋的帶面區(qū)域的視頻圖像；

第二步，單幀圖像處理分析：視覺傳感器5對采集的視頻圖像逐幀進(jìn)行單幀圖像處理分析，具體包括步驟：

①對采集的視頻圖像分幀進(jìn)行圖像預(yù)處理：圖像預(yù)處理包括形態(tài)學(xué)處理和雙邊濾波，以去除圖像噪點(diǎn)，保持邊緣清晰化。形態(tài)學(xué)處理使用開運(yùn)算，先膨脹再腐蝕，以移除圖像幀中因噪聲或干擾引起的小像素塊。

前述膨脹就是求局部的最大值的操作，從數(shù)學(xué)的角度就是圖像與核進(jìn)行卷積，卷積核可以是任何形狀核大小，它擁有一個單獨(dú)定義出來的參考點(diǎn)，稱為錨點(diǎn)，可以把卷積核視為模板或者掩碼。數(shù)學(xué)公式如下：



；

前述腐蝕就是求局部最小值的操作，數(shù)學(xué)公式如下：



。

前述雙邊濾波采用基于高斯分布的加權(quán)平均方法，用周邊像素亮度值的加權(quán)平均代表某個像素的強(qiáng)度，以在保持邊緣的前提下使圖像降噪平滑。

②對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行閾值分割并二值化：采用最小類間方差結(jié)合目標(biāo)面積的方法確定分割閾值T，按閾值T分割圖像并進(jìn)行二值化處理，獲得多道激光線條紋二值化圖像。

③二值化后的圖像通過對封閉團(tuán)塊的周長、面積約束去除可能的干擾團(tuán)塊，獲得多道線性光光條二值化圖像。

④對各線性光條的二值化圖像，查找光條的上下左右邊界，將邊界內(nèi)圖像作為ROI區(qū)域（region of interest，感興趣區(qū)域）；

⑤在ROI圖像上，提取各道線性光光條中心線：采用按每條光條按列取光條中心點(diǎn)并連線方法提取中心線，包括步驟：

E、查找每條光條的上下邊界：按列搜索圖像灰度矩陣，灰度值從0→255或者從255→0點(diǎn)的正負(fù)兩個跳變點(diǎn)即為光條在此列上的上下邊界點(diǎn)；

F、將同一光條所有上邊界點(diǎn)和所有下邊界點(diǎn)分別連線，所得2條曲線即為該條光條的上下邊界線；

G、將每條光條邊界線按列取中點(diǎn)，將同一光條所取各中點(diǎn)連接的曲線即為該條光條的光條中心線。

⑥判斷光條中心線的凹凸特性：利用曲線凹凸性的定義自動判斷光條中心線的凹凸特性：

設(shè)函數(shù)f(x)是定義在區(qū)間β上的光條中心線曲線方程，對區(qū)間β內(nèi)的任意兩點(diǎn)



和



，

若



，則f(x) 為凹形，如圖3所示；

若



，則f(x)為凸形，如圖4所示。

由于線性光發(fā)射器5的安裝位置及角度，輸送帶的運(yùn)動方向在工程施工完畢后會長時間保持不變，故曲線的凹凸性檢測只在算法啟動后檢測一次即可。

⑦判斷光條中心線的連續(xù)性特性，尋找中心線上的非正常波動階躍點(diǎn)：求出光條中心線在區(qū)間上點(diǎn)的離散導(dǎo)數(shù)，其中導(dǎo)數(shù)大于設(shè)定閾值的點(diǎn)即認(rèn)為是非正常波動階躍點(diǎn)，所述閾值根據(jù)曲線凹凸特性及輸送帶運(yùn)動方向相應(yīng)設(shè)置。

⑧根據(jù)確定的中心線凹凸特性、中心線上的非正常波動階躍點(diǎn)特征，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶運(yùn)動方向，判斷輸送帶是否有撕裂損傷；若判斷為有撕裂損傷，則計算撕裂損傷的寬度和深度，然后進(jìn)入步驟⑨；若無，則返回步驟①：

本步驟中，判斷輸送帶是否有撕裂損傷的具體方法為，通過以下步驟進(jìn)一步判定由前述第二步的步驟⑦確定的非正常波動階躍點(diǎn)是否為輸送帶損傷的縱向邊界點(diǎn)：

H、利用光條中心線切線水平特征，找到曲線拐點(diǎn)；

I、濾除偽邊界點(diǎn)：比較中心線上非正常波動階躍點(diǎn)相對于曲線拐點(diǎn)的位置，若在設(shè)定范圍的鄰域內(nèi)只找到一個非正常波動階躍點(diǎn)，如圖5中的點(diǎn)A1和點(diǎn)A6，則認(rèn)為該波動階躍點(diǎn)是偽邊界點(diǎn)并濾除，而圖5中的點(diǎn)(A2,A3), (A4,A5), (B1,B2), (B3,B4) 則為有效的非正常波動階躍點(diǎn)，濾除偽邊界點(diǎn)后進(jìn)入步驟J；

J、根據(jù)中心線上非正常波動階躍點(diǎn)相對于曲線拐點(diǎn)的位置，融合輸送帶運(yùn)動方向，判斷各非正常波動階躍點(diǎn)是輸送帶異物邊界點(diǎn)還是損傷邊界點(diǎn)：當(dāng)輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向不一致時，則判定該非正常波動階躍點(diǎn)為輸送帶撕裂損傷的縱向邊界點(diǎn)，如圖6中的中心線（1）上的點(diǎn)A和中心線（2）上的點(diǎn)D，繼而判斷輸送帶有撕裂損傷；反之，當(dāng)輸送帶運(yùn)動方向與非正常波動階躍點(diǎn)在平面坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)變化方向一致時，則判定該非正常波動階躍點(diǎn)為帶面異物引起的光條中心線形變，如圖6中的中心線（1）上的點(diǎn)B和中心線（2）上的點(diǎn)C。

判斷有撕裂損傷時，計算撕裂損傷的寬度和深度的具體方法為：

K、對判定為輸送帶損傷的每一處損傷，在當(dāng)前圖像幀中的y條中心線上搜索2×y個邊界點(diǎn)，計算每條中心線上2個邊界點(diǎn)連線的直線距離，y個距離求取平均值作為損傷在當(dāng)前圖像幀上的寬度值，其中y為小于等于線性光發(fā)射器發(fā)出的光條總數(shù)的自然數(shù)；如圖5中(A2,A3)與(B1,B2)屬于同一損傷，分別計算A2-A3的直線距離以及B1-B2間的直線距離，然后再將2個直線距離求平均值，即為該處損傷的寬度值；同理，圖5中(A4,A5)與(B3,B4)屬于同一損傷，采用同樣方法求該處損傷的寬度值；

L、對判定為輸送帶損傷的每一處損傷，y條中心線上搜索2×y個邊界點(diǎn)，計算每條中心線上2個邊界點(diǎn)之間的曲線線段的最低點(diǎn)到連接2個邊界點(diǎn)的直線間的垂直距離，y個距離求取平均值作為當(dāng)前損傷的深度值；其中y為小于等于線性光發(fā)射器發(fā)出的光條總數(shù)的自然數(shù)。如圖5中分別計算A2和A3這2個邊界點(diǎn)間曲線線段的最低點(diǎn)到連接A2和A3這2個邊界點(diǎn)的直線間的垂直距離，B1和B2這2個邊界點(diǎn)間曲線線段的最低點(diǎn)到連接B1和B2這2個邊界點(diǎn)的直線間的垂直距離，將2個垂直距離求取平均值作為該處損傷的深度值。

⑨根據(jù)多道線性光中心線上的撕裂損傷特征融合判斷當(dāng)前圖像幀中的撕裂損傷是否為一條損傷的起點(diǎn)，若是，記錄起點(diǎn)標(biāo)記；若否，則判斷是否為一條損傷的終點(diǎn)，若是，記錄終點(diǎn)標(biāo)記；若否，則記錄損傷邊界點(diǎn)信息后返回步驟①；

本步驟中判斷當(dāng)前圖像幀中的撕裂損傷是否為一條損傷的起點(diǎn)和終點(diǎn)的具體方法為：

M、若當(dāng)前圖像幀滿足多道線性光中心線上出現(xiàn)沿輸送帶運(yùn)動方向的前n條中心線無形變，而后m條中心線上有損傷形變這一條件，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷是一條損傷的起點(diǎn)，若不滿足，則根據(jù)當(dāng)前圖像幀的前一幀圖像幀檢測結(jié)果為無損傷，而當(dāng)前幀圖像檢測結(jié)果為有損傷的判據(jù)，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷為一條損傷的起點(diǎn)；

N、若當(dāng)前圖像幀滿足多道線性光中心線上出現(xiàn)沿輸送帶運(yùn)動方向的前n條中心線有損傷傷痕形變，而后m條中心線上無形變這一條件，認(rèn)為當(dāng)前圖像幀中的損傷是一條損傷的終點(diǎn)，若不滿足，則根據(jù)當(dāng)前圖像幀的前一幀圖像幀檢測結(jié)果為包含損傷，而當(dāng)前幀圖像檢測結(jié)果為無損傷的判據(jù)，認(rèn)為前一圖像幀中的損傷是一條損傷的終點(diǎn)；

其中，n＋m＝線性光發(fā)射器4發(fā)出的線性光總條數(shù)。

⑩重復(fù)前述步驟①～⑨至所有單幀圖像處理分析完畢，視覺傳感器判斷輸送帶是否有撕裂損傷記錄，若有，進(jìn)入第三步，若無，則返回第一步；

第三步，多幀圖像融合處理分析：視覺傳感器對由第二步處理分析完畢后的各單幀圖像，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶運(yùn)動速度進(jìn)行多幀圖像融合處理分析，得到輸送帶撕裂損傷完整信息并輸出，具體包括步驟：

A、根據(jù)相鄰圖像幀上損傷存在與否，在圖像序列中查找同一條撕裂損傷的起點(diǎn)幀和終點(diǎn)幀；

B、根據(jù)起點(diǎn)幀到終點(diǎn)幀的圖像幀數(shù)及視覺傳感器設(shè)定的幀率信息，結(jié)合從外部設(shè)備輸入的輸送帶速度值，計算輸送帶上該條損傷的長度值；將記錄的該條損傷在各圖像幀的寬度和深度值進(jìn)行均值計算得到該條損傷的平均寬度與深度；

C、將記錄的該條損傷在各圖像幀中的邊界點(diǎn)連線，繪制成該條損傷的軌跡輪廓；

D、重復(fù)步驟A～C，直至圖像序列中所有撕裂損傷均處理完畢，視覺傳感器將輸送帶各條撕裂損傷的坐標(biāo)位置以及撕裂損傷的長度、寬度、深度和軌跡輪廓信息記錄存儲并發(fā)送外部監(jiān)控設(shè)備。

以上實(shí)施例是對本發(fā)明的具體實(shí)施方式的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。