一种输送带损伤多谱视听调频融合检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种输送带损伤多谱视听调频融合检测方法及装置；属于检测控制技术领域；具体由可见光相机和麦克风阵列产生的可见光图像和声音信息通过CPU融合判断皮带是否损伤，判定正常时再由红外相机和麦克风阵列产生的红外谱图和声音信息统合通过CPU融合处理判断皮带是否损伤；本发明通过对输送带状态的图像特征、声音特征和红外谱图特征的融合，进一步提高对输送带划伤和撕裂的检测效率和准确性；具有预防皮带撕裂造成经济财产损失和避免人员伤亡的作用。

说明书

技术领域

本发明属于检测控制技术领域，涉及一种输送带损伤多谱视听调频融合检测方法及装置。

背景技术

皮带输送机具有结构简单、功耗小、输送能力较大、对物料适应性强等特点，因此被广泛用于煤矿生产运输中，划伤和撕裂主要发生在皮带的上表面，如煤炭中的铁器、矸石等在皮带落煤点处有可能让皮带上表面撕裂造成下表面可见穿透性撕裂；撕裂的过程中皮带上表面在受到压迫时可能会造成下表面开裂；在开始划伤但未撕裂时皮带上表面划伤下表面可能正常；可见光比红外特征明显，但是可见光不能检测第三种情况，所以本发明专利采取多谱视听融合方法来检测皮带的状态，可见光检测下表面的穿透性撕裂和开裂，当可见光检测为正常时，通过红外相机检测上表面是否划伤，未安装检测控制装置的皮带输送机会因未及时察觉皮带的异常状况而扩大皮带划伤程度甚至撕裂，从而造成整条皮带的废弃，带来巨大的经济损失。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种输送带损伤多谱视听调频融合检测方法及装置。目的是及时准确地检测到输送带表面划伤与撕裂的状态。

具体的，为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种输送带损伤多谱视听调频融合检测方法，包括以下具体步骤：

a）将检测装置设置在皮带输送机皮带下方。

b）通过检测装置内设置的可见光相机和麦克风阵列，对皮带形态和运行状态进行图像和声音信息采集，并将采集到的信息通过CPU融合处理，以判断皮带是否出现损伤。

c）当判断皮带为正常状态时，通过检测装置内设置的红外相机和麦克风阵列产生的红外谱图和声音信息统合，通过CPU融合处理来判断皮带是否划伤。

所述的融合处理是将二维的可见光图像或红外谱图通过深度卷积网络进行降维成为1*1000的一维特征向量，将一维声音信号通过特征提取网络提取为1*1000的一维特征向量，将可见光图像或红外谱图的一维特征向量与声音信号的一维特征向量进行向量拼接，获得融合后的多谱信号模型。

优选的，当判断出皮带出现损伤时，由CPU控制皮带输送机停机，自动切断皮带输送机电源。

优选的，获得的多谱信号模型经由Softmax算法获得最终判定分类。

一种用于所述的多谱视听调频融合检测方法的检测装置，所述检测装置与皮带输送机的电气控制装置相连接；所述检测装置内设置有可见光相机、红外相机、麦克风阵列、电源、光源与CPU；所述可见光相机、红外相机和麦克风阵列分别与CPU相连接。

优选的，所述检测装置设置有安装架，并通过安装架固定连接在皮带输送机底部横梁上。

优选的，所述检测装置还设置有报警器，所述报警器与CPU相连接。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明具有结构简单、安装方便、时效性强等特点，可及时准确地检测到输送带表面划伤与撕裂的状态。通过对输送带正常状态、划伤状态和撕裂状态的图像特征、声音特征和红外谱图特征的融合，进一步提高对输送带划伤和撕裂的检测效率和准确性。控制系统自动切断皮带输送机电源，防止皮带撕裂及扩大，降低财产损失和维修难度，避免由皮带机撕裂引起的堆煤事故的发生，极大的提高了皮带输送机运行的安全可靠性，同时具有预防皮带撕裂造成经济财产损失和避免人员伤亡的作用。

附图说明

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合以下附图进行说明：

图1为本发明所述检测装置在皮带输送机上的连接位置示意图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明所述检测装置的结构示意图。

图4为本发明所述检测方法的原理流程图。

其中，1是检测装置，2是皮带，3是电气控制装置，4是横梁，5是运输煤块；101是可见光相机，102是麦克风阵列，103是红外相机，104是光源，105是CPU，106是集成电路板，107是报警器，108是线路孔，109是固定架。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

一种基于视听信号融合方法的输送带损伤检测装置，如图1、2、3所示，皮带输送机的皮带2上运输煤块5，在皮带2的下方安装检测装置1，检测装置1通过其底部安装的固定架109安装在皮带输送机的横梁4上。检测装置1内顶部安装有可见光相机101、麦克风阵列102、红外相机103和光源104；检测装置1内侧壁安装有报警器107和线路孔108；检测装置1内底部安装有集成电路板106，集成电路板106上安装有CPU 105。电气控制装置3的线路通过线路孔108与集成电路板106连接，为该检测装置提供电源。

检测时采用输送带损伤多谱视听调频融合检测方法进行，如图4所示，打开检测装置1上的光源104，首先通过可见光相机101和麦克风阵列102，对相机摄像范围的皮带进行可见光图像和声音信息的采集，采集回来的信息传输到内置的CPU 105中进行融合处理。

融合处理过程为：对大小为227*227*3的可见光图像信息进行2D卷积，设置卷积核大小为11×11，数量为48个，步长为4，运用Relu激活函数后通过最大池化（kernel size=3,stride=2）得到大小为27*27*96的特征图像，接着设置卷积核大小为5×5，数量为128个，步长为1，运用Relu激活函数后通过最大池化（kernel size=3，stride=2）得到大小为13*13*256的特征图像，接着设置卷积核大小为3×3，数量为192个，步长为1，运用Relu激活函数得到大小为13*13*384的特征图像，归一化后，通过全连接层转换为一个尺寸为1*1000的特征向量；对音频信息进行快速傅里叶变换，得到频谱特征数据，去除特征数据中次声频率及超声频率对应的频谱特征，确定有效音频信号频带，去除有效频带外的频谱特征得到滤波后的频谱特征数据，之后在声波图中对每秒的声音频谱的振幅峰值进行标准归一化，然后通过振幅数值时序择取将1s的音频文件转化为一个1*1000的特征图。

当可见光图像特征为正常时，调用红外相机103，通过红外相机103和麦克风阵列102，对相机摄像范围的皮带进行红外谱图和声音信息的采集，采集回来的红外谱图和声音信息进行融合处理，处理方式同上。

将视听特征图进行特征融合获得融合特征图，将所得融合特征图通过Softmax算法进行分类，CPU电气控制系统发送切断电源指令、向控制台和巡检工人发送撕裂、划伤位置并且启动报警器107。

本发明是将输送带表面的两种视觉频谱信号在不同情况下分别与声音信号进行调频融合后，作为判定输送带损伤状态的最终特征信号。其中多谱表示可见光频谱图像与红外频谱图像，调频表示在不同检测条件下调试系统采用不同的频谱信号。

输送带视觉频谱信号采用多谱模式，其中包括输送带表面可见光谱信号与红外频谱图像，可见光谱信号由可见光摄像头进行采集，红外频谱图像由红外相机进行采集。输送带声音信号由麦克风阵列采集，并与视觉频谱信号同时进行采集与融合分析处理。在进行输送带视觉频谱信号采集时，首先运行可见光摄像头与麦克风阵列采集可见光谱信号与声音信号，在信号融合与分析后，获得“撕裂”、“划伤”或“正常”的判定分类；在模型判定为“正常”时，停止运行可见光摄像头采集可见光谱信号，开始运行红外相机采集红外频谱图像，采用相同的算法模型与声音信号融合与分析后，获得 “划伤”或“正常”的判定分类。当皮带上出现划伤、撕裂时检测控制装置会立即切断电源、发出警报并将位置信息发送给控制室和巡检工人，将损失降到最低。

本发明结构简单、安装方便、时效性强等特点，可以有效的检测皮带的划伤、撕裂，避免由皮带机撕裂引起的堆煤事故的发生，极大的提高了皮带输送机运行的安全可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。