危化品仓储堆垛安全距离监测及三维重构技术研究

摘要

危险化学品产量随着工业化体系改革的加速呈逐年增长趋势，这同时增加了危化品在储存管理环节中的压力，存在巨大危险性，而有效的监管体系的缺乏容易引发安全事故，造成严重后果。目前我国危化品贮存方式大多以堆垛码放为主，安全生产部门对仓储环境下货物堆垛的五距（垛距，灯距，墙距，柱距和通道距）提出严格要求，但缺乏有效监控手段进行监测。通过实时查看危化品堆垛贮存状态三维场景的方式可以满足监管需求，达到仓储五距监测的目的。
　　本文采用单目视觉三维几何重建技术真实还原危化品堆垛的结构尺寸及三维空间内所在位置以重现堆垛贮存状态的三维场景。论文首先对传统的摄像机成像模型及标定方法进行研究，结合仓储环境应用特点构建了五元组单目视觉成像模型，同时针对易于现场实现的标定需求，提出了基于标识点的两点标定算法，并通过对比实验验证了算法的现场可行性、鲁棒性和精确性。针对几何重建工作所需的货物堆垛目标图像特征，对比分析图像预处理及特征提取算法并制定了目标特征提取方案。针对目标三维几何重建问题，论文采用分层重建思想，首先依托五元组成像模型实现了目标特征由图像平面到空间某特殊平面的射影重建，然后通过对目标成像特点的研究，提出了目标特征点的分类方法并结合目标几何结构特征属性制定了由射影重建升级到欧式重建的约束条件，最后通过真实图像实验对本文三维几何重建算法进行验证。
　　实验表明，本文提出的算法真实还原了堆垛贮存状态的三维场景，且具有很高的精度，将三维重建数据整合处理便得到五距信息以达到逾限报警的目的，能够满足危化品仓储堆垛五距的监测需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 危化品仓储安全状态监测技术研究现状

1．3 基于视觉的三维重建技术研究现状

1．3．1 基于双目视觉三维重建

1．3．2 基于多目视觉三维重建

1．3．3 基于单目视觉三维重建

1．4 本文的研究内容及安排

第二章 危化品仓储相机标定方法分析与设计

2．1 传统摄像机成像模型

2．1．1 参考坐标系

2．1．2 小孔成像模型

2．2 摄像机标定方法分析

2．3 基于仓储环境标识点的两点标定法

2．3．1 单目视觉成像模型

2．3．2 两点标定算法流程

2．3．3 张氏平面标定法

2．4 两点标定法实验

2．5 本章小结

第三章 危化品仓储视觉图像特征提取及三维几何重建

3．1 图像预处理

3．2 堆垛目标特征提取

3．3 射影几何

3．4 堆垛三维几何重建算法

3．4．2 欧式几何重建

3．5 堆垛三维几何重建实验

3．5．1 对单个堆垛的三维几何重建

3．5．2 对多个堆垛的三维几何重建

3．5．3 误差分析

3．6 本章小结

第四章 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介