基于机器视觉的巷道顶板刚带钻孔识别定位系统及方法

1.一种基于机器视觉的巷道顶板刚带钻孔识别定位系统，其特征在于：包括两个的工业相机(2)、嵌入式数据处理模块(7)、终端(9)以及安装在巷道顶板上的钢带，钢带上设置有一排椭圆形孔，其中，一个工业相机安装在锚杆机机身顶部，该工业相机(2)垂直指向巷道顶板用来采集巷道顶板钢带上钻孔图像，并把图像通过以太网传输至数据处理模块；另一个工业相机(2)安装在旋转拉伸结构的一端，旋转拉伸结构一端与相机保护罩内壁相连，另一端与工业相机(2)固定，镜头垂直指向巷道顶板，当系统进行孔位定位时，旋转拉伸结构将相机移动到锚杆机钻杆头部中心位置，用来采集巷道顶板钢带上钻孔图像，并把图像通过以太网传输至数据处理模块；数据处理模块图像进行处理、特征识别、目标检测和目标定位，通过以太网把数据传输至终端；所述系统的使用方法，包括以下步骤，S100～首先利用工业相机采集大量不同钻孔和同一钻孔不同角度的图像，建立样本库模型；S200～利用旋转拉伸结构将相机从相机保护罩中移到锚杆机钻杆头部中心位置；S300～钻杆头部的相机采集钢带特征图像，并把图像传输至数据处理模块，数据处理模块对图像进行去噪，对去噪后的图像进行目标检测与识别，识别目标为钢带上的孔，呈现椭圆形，将图像中呈现椭圆形的区域标记为感兴趣区域，利用前期建立好的钻孔样本库进行目标的匹配识别，图像中钻孔与样本库中图像进行匹配，如果匹配成功，则对钻孔后进行边缘提取，根据目标的轮廓边缘像素点坐标求出目标中心点坐标；并把中心点坐标通过以太网传输至终端；如果匹配不成功，则由锚杆机机身顶部的相机采集钢带特征图像，并把图像传输至数据处理模块，数据处理模块对图像进行去噪，目标检测与识别，对识别到的钻孔进行中心点位置检测，并把中心点坐标通过以太网传输至终端，终端根据锚杆机机身上顶部相机传回来的数据进行锚杆机钻杆位置的粗调，使钢带上孔能够进入锚杆机钻杆上相机的视野范围内，然后重复步骤S200和S300，直到数据处理模块可以从锚杆机钻杆位置相采集的图像中检测到刚带上的孔；S400～终端根据S300计算得到的结果进行锚杆机钻杆位置的精调，直到锚杆机钻杆位于孔的正下方；S500～利用旋转拉伸结构将锚杆机钻杆头部中心位置的相机移到相机保护罩中；S600～锚杆机进行支护操作。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的巷道顶板刚带钻孔识别定位系统的使用方法，其特征在于：所述的步骤S300中，图像去噪声特点，选择中值滤波进行去噪，中值Y i 的计算公式如下所示： （1）式中，列f 1 ,f 2 ,…,f n 为一维序列，窗口长度为m；i为窗口的中心位置。 3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的巷道顶板刚带钻孔识别定位系统的使用方法，其特征在于：采用Canny算子进行目标边缘检测与识别，具体步骤如下：1)用高斯滤波器平滑图像； （2）2)用一阶偏导有限差分计算梯度幅值和方向；利用公式3计算梯度摸，用公式4计算方向， （3）式中，G x 和G y 为水平和垂直方向的差分，θ＝arctan2(G y ,G x ) （4）式中，θ为梯度角，属于-180°～180°之间；3)对梯度幅值进行非极大值抑制；4)用双阈值算法检测和连接边缘；Canny算法应用双阈值，即一个maxVal和一个minVal来区分边缘像素，如果边缘像素点梯度值大于maxVal，则认为是强边缘；如果边缘梯度值小于maxVal，大于minVal，则标记为弱边缘点，小于minVal的点被抑制掉。