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申请/专利权人：山东科技大学

摘要：本发明涉及液压支架位姿检测方法领域，尤其是一种基于双目视觉的液压支架位姿检测方法，其包括建立相机、液压支架、顶梁、标志点坐标系，并确定坐标系之间的相对姿态关系，基于卷积神经网络对标志点进行目标检测，并进行二值化处理和形态学处理，计算标志点中心点的位置坐标和三维坐标，求解单台液压支架坐标系在相机坐标系下的姿态矩阵以及不同液压支架坐标系之间的姿态矩阵。本发明能够同时实现液压支架内部和不同液压支架之间的姿态检测，以非接触的准确测量顶梁在空间中的姿态，同时可以准确获得在同一双目相机视野中的不同液压支架之间的相对姿态，有利于液压支架群组的调直纠偏。

主权项：1.一种基于双目视觉的液压支架位姿检测方法，其特征在于，待检测液压支架的顶梁底部固定设置标志点标靶，标志点标靶上设置有5个LED标志点，同一标志点标靶上的标志点中任意两点不构成线性相关，不同液压支架上的标志点的波长与直径不同；液压支架底座上设置用于拍摄标志点标靶的双目相机以及双目相机的信号处理模块；基于双目视觉的液压支架位姿检测方法，包括以下步骤：S1.以双目相机的中心为坐标原点建立相机坐标系OcXcYcZc，以液压支架的重心为坐标原点建立液压支架坐标系OhXhYhZh，以液压支架顶梁的重心为坐标原点建立顶梁坐标系OtXtYtZt，以标志点标靶的中心建立标志点坐标系OmXmYmZm，上述坐标系的Z轴方向竖直向上，X轴方向指向待采煤壁，Y轴方向平行于采煤机行走方向，坐标系符合右手定则；S2.确定液压支架坐标系和顶梁坐标系的相对姿态关系为，确定顶梁坐标系和标志点坐标系之间的相对姿态关系为，其中，i表示液压支架的编号；S3.建立图像坐标系olxlyl和orxryr,以图像左上角为坐标原点，水平向右方向为x轴，竖直向下方向为y轴，液压支架上一点在液压支架坐标系中坐标与在标志点坐标系中坐标的相对坐标变换关系可以表示为： S4.双目相机针对标志点标靶拍摄照片，并将照片输入信号处理模块；S5.信号处理模块对标志点进行基于卷积神经网络的目标检测，将标志点根据所属的液压支架进行分组和编号；对标志点进行二值化处理和形态学处理，计算标志点的中心点二维坐标；S6.利用立体视觉原理，对双目相机拍摄的同一标志点标靶中的标志点进行立体匹配，得到各标志点在相应的液压支架的双目相机的相机坐标系下的三维空间坐标；S7.通过标志点的三维空间坐标，利用对偶四元数方法，构建误差模型，并通过拉格朗日乘数法构造辅助函数进行求解，分别求解单个标志点坐标系在相机坐标系下的姿态矩阵，再根据液压支架坐标系、顶梁坐标系、标志点坐标系之间已确定的相对姿态关系和，求解单台液压支架坐标系在相机坐标系下的姿态矩阵，即 对姿态矩阵解耦后获得姿态参数一，即第i台液压支架在相机坐标系下的旋转角和平移向量；S8.对姿态参数一求逆矩阵，得到相机坐标系在第i台液压支架坐标系下的旋转角和平移向量，以第i台液压支架为基准液压支架，结合第j台液压支架的姿态参数一，使用矩阵乘法进行坐标系的旋转和平移变换，求解得到不同液压支架坐标系之间的姿态矩阵 其中i为基准液压支架，j为目标液压支架，对姿态矩阵进行解耦，得到姿态参数二，即不同液压支架之间的旋转角和平移向量；S9.存储姿态参数一及姿态参数二，信号处理模块向双目相机发出解算完成信号，重复进行步骤S4至步骤S8。

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