输送带纵向撕裂双目视觉在线检测系统研究与设计

摘要

带式输送机由于其大运量、低成本、远距离运输等优势，广泛成为煤炭企业中散装物料的重要运输工具。其中输送带作为带式输送机上不可缺少的部分，在煤炭工业安全生产过程中受到高强度、不可预知的因素，导致输送带容易发生纵向撕裂。该故障具有隐蔽性和突发性，一旦发生故障事故，就会对井下工人的人身安全和煤矿的经济损失，造成无法弥补的严重后果。输送带纵向撕裂成为煤炭企业最常见的事故之一，因此，有必要研究一种实时可靠的输送带纵向撕裂在线检测系统。 本文针对目前矿用输送带纵向撕裂检测方法效率低及检测系统复杂、占据空间大、价格昂贵等问题，提出了一种基于激光线光源辅助的可见光CCD的在线视觉检测方法，并在该方法的基础上，设计了一套检测系统，根据相机拍摄到的激光线光源投射到输送带表面的激光线形态来进行故障检测。 本文详细介绍了纵向撕裂检测原理和缺陷定位原理，并设计了视觉检测方案，包括图像采集、光源辅助、图像处理平台等，搭建了双目视觉检测系统平台。其中图像传感器选用PointGrey的CMLN-13S2M-CS CCD型号的可见光相机，光源采用“一”字线激光线光源，图像处理平台选用高性能的NVIDIA Jetson TK1 开发板。 根据输送带纵向撕裂特点，设计了双目视觉检测的图像处理流程图，对相关的图像预处理算法、故障检测与故障定位算法展开深入研究，结合图像撕裂特征及检测方法，再考虑可靠性和实时性两个重要因素，进行对比分析，选择出合适的算法。本文采用双摄像头采集图像，通过图像实时拼接算法，合成一幅高分辨率、宽视野、大场景的图片，并采用FAST 角点检测算法，Hough 变换直线检测及圆检测算法实现纵向撕裂的检测与撕裂部位定位功能。 本文通过编程设计了嵌入式处理终端软件，和上位机远程在线监控软件。嵌入式处理终端软件主要通过采用C++和OpenCV将图像处理算法在NVIDIA Jetson TK1 开发板上实现纵向撕裂检测与定位功能，以及实现向上位机软件发送数据等功能。主要包括图像采集模块、检测模块、故障定位模块、数据发送模块，以及界面模块等；上位机监控软件，实现用户登录、接收数据、数据管理和历史备查等功能。 为验证检测的可靠性，本文搭建了检测系统实物运行平台，对实验数据进行研究分析。测试结果表明，在保证系统实时性的要求下，检测系统准确率和稳定性均有很大提高，对煤炭企业的安全生产有着重要的意义。

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容与论文结构

1.3.1 论文主要研究内容

1.3.2 论文结构安排

第二章 检测方法研究与系统方案设计

2.1 引言

2.2 纵向撕裂检测方法

2.2.1 检测原理

2.2.2 故障定位原理

2.3 双目视觉检测系统设计方案

2.3.1 图像采集

2.3.2 光源辅助

2.3.3 图像处理器

2.4 检测系统结构框图

2.5 本章小结

第三章 纵向撕裂图像处理算法研究

3.1 引言

3.2 输送带纵向撕裂图像特征

3.3 图像处理流程

3.4 图像预处理算法研究

3.4.1 直方图均衡化

3.4.2 灰度变换

3.5 图像实时拼接算法研究

3.6 输送带撕裂目标识别与定位图像算法研究

3.6.1 角点检测

3.6.2 直线检测

3.6.3 圆检测

3.7 本章小结

第四章 纵向撕裂在线检测系统软件开发与实现

4.1 引言

4.2 检测系统软件结构

4.3 OpenCV优势及基本架构

4.3.1 OpenCV简介及优势

4.3.2 OpenCV基本架构

4.4 Qt与Qt Creator简介及优势

4.4.1 Qt简介及优势

4.4.2 Qt Creator简介及优势

4.5 GPU嵌入式处理终端检测软件设计

4.5.1 开发环境配置

4.5.2 图像获取模块设计

4.5.3 检测模块设计

4.5.4 故障定位模块设计

4.5.5 数据发送模块设计

4.5.6 界面模块设计

4.6 上位机远程在线监控软件设计

4.6.1 登录窗口

4.6.2 主界面窗口

4.6.3 数据接收程序设计

4.7 本章小结

第五章 系统运行与测试分析

5.1 引言

5.2 实验平台搭建

5.3 系统运行测试分析

5.3.1 GPU平台上检测系统软件测试

5.3.2上位机监控软件测试

5.3.3 实验结果和分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文