一种传送带偏移度判定方法及装置与流程

本发明涉及视觉分析技术领域，尤其涉及一种传送带偏移度判定方法及装置。

背景技术：

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、传送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料沿着一定的线路，从最初的供料点运到最终的卸料点间。在运转过程中，传送带会由于安装位置偏差、张紧程度不均、物料不居中或超重等原因会发生偏移。偏移后会造成皮带磨损、轴辊受力不均、物料散落等后果，影响正常生产。

现有的检测传送带跑偏方法有机械接触式、霍尔磁感式、红外等。机械接触式方法通常在皮带两侧安装竖辊或卡槽，把皮带的偏移限制在一定的范围内，这种方式会摩擦到传送带的边缘，减少皮带寿命。磁或红外的非接触手段避免了磨损，但引入了霍尔效应器，红外等专用传感器不但增加了不菲的成本，而且检测效果也会受到这些传感器本身的稳定性和精确程度的限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种传送带偏移度判定方法及装置，用以解决现有的检测传送带跑偏方法有机械接触式(cn202464715u)、霍尔磁感式(cn205771459u)、红外等。机械接触式方法通常在皮带两侧安装竖辊或卡槽，把皮带的偏移限制在一定的范围内，这种方式会摩擦到皮带的边缘，减少皮带寿命。磁或红外的非接触手段避免了磨损，但引入了霍尔效应器，红外等专用传感器不但增加了不菲的成本，而且检测效果也会受到这些传感器本身的稳定性和精确程度限制的问题。具体方案如下：

一种传送带偏移程度的判定方法，包括：

读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；

确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；

分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；

计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；

依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。

上述的方法，可选的，确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域，包括：

针对当前帧图像确定第一矩形区域；

计算所述第一矩形区域的梯度，得到梯度图；

对所述梯度图进行二值化处理，得到二值化边缘图；

采用霍夫直线法确定所述二值化边缘图中的各个直线；

确定由所述各个直线组成的第一目标矩形面积。

上述的方法，可选的，计算所述第一目标矩形区域的第一面积，包括：

获取所述第一目标矩形的顶点坐标(xi，yi)；

利用公式可以计算三角形(xi，yi)、原点和(xj，yj)的各个面积；

其中，i＝1，2，3，4；j＝1，2，3；

将所述各个面积累加得到第一面积。

上述的方法，可选的，依据所述各个面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况，包括：

获取所述预设时长内计算得到的各个面积比值；

统计所述各个面积比值中大于预设的比例阈值的面积比值的第一数量；

当所述第一数量大于第一预设的数量阈值时，判定所述待检测传送带在所述预设时长内偏移并进行报警。

上述的方法，可选的，还包括：

统计所述各个面积比值中与1的差值小于预设的波动阈值的第二数量；

当所述第二数量大于第二预设的数量阈值时，判定所述待检测传送带在所述预设时长内居中。

上述的方法，可选的，还包括：

获取所述各个面积比值的变化趋势；

依据所述变化趋势，判断是否需要对所述待检测传送带在所述预设时长内状态进行预警。

一种传送带偏移程度的判定装置，包括：

位置确定模块，用于读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；

区域确定模块，用于确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；

面积计算模块，用于分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；

比值计算模块，用于计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；

判定模块，用于依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。

上述的装置，可选的，所述区域确定模块包括：

区域确定单元，用于针对当前帧图像确定第一矩形区域；

梯度计算单元，用于计算所述第一矩形区域的梯度，得到梯度图；

二值化单元，用于对所述梯度图进行二值化处理，得到二值化边缘图；

直线确定单元，用于采用霍夫直线法确定所述二值化边缘图中的各个直线；

面积确定单元，用于确定由所述各个直线组成的第一目标矩形面积。

上述的装置，可选的，所述面积计算模块包括：

坐标获取单元，用于获取所述第一目标矩形的顶点坐标(xi，yi)；

面积计算单元，用于利用公式可以计算三角形(xi，yi)、原点和(xj，yj)的各个面积；

其中，i＝1，2，3，4；j＝1，2，3；

累加单元，用于将所述各个面积累加得到第一面积。

上述的装置，可选的，所述判定模块包括：

比值获取单元，用于获取所述预设时长内计算得到的各个面积比值；

统计单元，用于统计所述各个面积比值中大于预设的比例阈值的面积比值的第一数量；

判定单元，用于当所述第一数量大于第一预设的数量阈值时，判定所述待检测传送带在所述预设时长内偏移并进行报警。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明公开了一种传送带偏移程度的判定方法，包括：读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。上述的判定方法中，不需要在传动带上安装竖辊或者卡槽以及相关传感器，因此不会造成传送带磨损，成本增加或者稳定性和精度受控问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种传送带偏移度判定方法流程图；

图2为现有技术中一种霍夫直线法示意图；

图3为本申请实施例公开的一种面积计算方法示意图；

图4为本申请实施例公开的一种传送带偏移度判定方法结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明公开了一种传送带偏移程度的判定方法，所述判定方法应用在对传送带是否偏移的判定的过程中，所述传送带上安装有支架、托辊等，托辊分别按一定间距安装在所述传送带的左右两侧，所述判定方法无需附加额外的附件，不影响传送带的运作。而且偏移度的判定可以不间断地进行，这些数据可以作为工况数据支撑后续的预测性维护，在没有偏移但即将偏的时候就能采取应对措施。

所述判定方法的执行主体为图像处理系统，其中，所述系统分为图像采集和传输模块、视觉分析模块和结果输出模块，其中，图像采集模块由镜头、传感器、处理器和传输通道组成。功能是作为视频源，提供源源不断的图像流给视觉分析模块处理。视觉分析模块持续从采集模块读图像，经过处理后，产生输出结果流。结果流包括：根据每帧图像计算出来的偏移度，还可以包括添加了一些辅助的可视化信息的带标记图片，以备用户和专家核对。结果输出模块负责把结果传输给存储或执行结构以及显示设备。

所述判定方法的执行流程如图1所示，包括步骤：

s101、读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；

本发明实施例中，所述预设时长可以依据经验或者具体的情况进行设定，读取所述待检测传送带预设时长的运行图像，读取方法是根据图像采集装置连接方式的不同，可以通过usb或者网络读取，其中，所述运行图像可以包含多帧图像，每一帧图像中可能包含多个左右托辊的图像，优选的，本发明实施例中，针对每一帧图像，将距离图像采集模块距离最近的左托辊和右托辊作为目标左托辊和目标右托辊。

s102、确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；

本发明实施例中，所述第一目标矩形和所述第二目标矩形的确定分为两个过程，初步确定和精细确定，两者的确定过程相同，针对其中的任意一个，首先，针对初步确定过程基于深度学习进行确定，以yolov3为例进行说明，对具体的方法不进行限定。其中，yolov3是一个包含很多内部系数、具备强大表达能力的计算装置，用来逼近目标函数。在当前应用场景下，目标函数的自变量是图像，因变量是图像中含有的托辊集。集合中的每一个元素包含两方面的信息：

1)托辊的种类，皮带左侧露出的托辊、还是右侧的；

2)托辊在图像中的位置。

输入样本对，不断调整内部系数，使得自身逼近目标函数的过程称为训练期。系数确定后，输入图像，计算托辊集的过程为运行期。运行期发生在整个自动识别过程的前面，是识别过程的准备阶段。

训练期首先把内部系数用随机数初始化。样本集相当在定义域和值域中取了海量的样本对。从样本集中取一对自变量xi和因变量yi，可以定义两个过程：前向过程和后向过程。前向过程根据计算xi，计算f(xi)。

后向过程根据公式

修改内部系数，其中θ是内部系数，是函数相对于内部系数的偏导数。然后不断地重复前向和后向过程，使得函数f(x)把样本集中所有的自变量映射到对应的因变量的附近。

运行期训练结束后，以当前帧图像为自变量，函数f(x)能将其映射为图像中物体类别和所在区域。如果把检测出来的类别和位置信息叠加到所述当前帧图像上，但是所述第一矩形区域和所述第二矩形区域的精度不够，可能会导致对所述待检测传送带是否跑偏的判定带来较大的误差，因此，还需要进行精细确定，以所述第一矩形区域的确定过程如下：首先计算所述第一矩形区域图像中各个像素点的梯度，方法如下：

1)计算各个像素点在x，y方向的导数向量gx,gy，向量的模

就是其梯度，得到梯度图。

2)对所述梯度图进行二值化处理，在每个像素的邻域计算平均值，邻域是指相邻像素构成的区域，比如9邻域是指像素本身和它左上、正上、右上、左、右、左下、正下、右下方像素构成的区域。如果一个像素的值比其所在区域的平均值大，则把对应位置的二值图的像素值置为1，否则置为0，得到二值化边缘图，

3)采用霍夫直线法确定所述二值化边缘图中的各个直线，如图2所示，直线方程按极坐标表示为

ρ＝xcos(θ)+ysin(θ)(3)

ρ表示坐标系元点，即图像左上角，到直线的垂直距离，θ表示从该垂线到x坐标系，即图像的上缘，所形成的夹角。假设按照范围和精度对ρ和θ取值得到mxn种组合方式，对每一种组合设置一个计数器，遍历图像中的每个边缘像素(在二值化边缘图中为1的像素)，如果该像素的ρ和θ满足某一种预设组合，就把该组合的计数器加1。其中，所述预设组合可以依据经验或者具体情况设定，本发明实施例对所述预设组合的具体存在形式不进行限定。遍历结束后，计数器的值大于指定阈值的组合就表明存在一条由该参数表征的直线。

将所述第一矩形区域进行处理可以得到4条直线，找出4条线中角度是大致一样的两条。4条直线有6种组合方式，对组合中的直线计算角度差，可以找到绝对值最小的那对组合。这对组合就是角度大致一样的，它们接近平行，在图像范围内不会相交，但与另外两条分别相交，共有4个交点。把这两条直线分别与另外两条直线求交点，就可以算出第一目标矩形区域的顶点。计算交点的方法是求解两个直线方程组成的方程组。

公式中的ρ1，θ1，ρ2，θ2为常数，联立可求出第一目标矩形区域的顶点坐标，对应的顶点相连接，得到所述第一目标矩形区域。

s103、分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；

本发明实施例中，所述第一面积和所述第二面积的计算过程相同，以所述第一目标矩形区域的计算过程为例进行说明，计算方法如下：如图3所示，图中o为坐标原点，xiyi为四个顶点。利用公式3可以计算三角形(xi，yi)、原点和(xj，yj)的各个面积；

其中，i＝1，2，3，4；j＝1，2，3；

公式5计算出来的面积有正有负，分别计算4个三角形面积，求代数和就得到第一目标矩形区域的第一面积。

s104、计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；

本发明实施例中，在所述预设时长内，计算所述第一面积和所述第二面积的比值，得到各个面积比值。

s105、依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。

本发明实施例中，获取预设时长内的各个面积比值，统计各个面积比值中大于预设的比例阈值的面积比值的第一数量，当所述第一数量大于第一预设的数量阈值时，判定所述待检测传送带在所述预设时长内偏移并进行报警。其中，所述第一预设的数量阈值可以依据经验或者具体情况进行设定，本发明实施例中，对所述第一预设的数量阈值的取值不进行限定。

上述的过程中，还包括，统计所述各个面积比值中与1的差值小于预设的波动阈值的第二数量，当所述第二数量大于第二预设的数量阈值时，判定所述待检测传送带在所述预设时长内居中。其中，所述预设的波动阈值和所述第二预设的数量阈值的选取可以依据经验值或者具体情况进行设定，本发明实施例中，对所述预设的波动阈值和所述第二预设的数量阈值的取值不进行限定。

上述的过程中，进一步的，获取所述各个面积比值的变化趋势，依据所述变化趋势，判断是否需要对所述待检测传送带在所述预设时长内状态进行预警。例如，所述预设时长内面积比值持续远离1，说明所述待检测传送带位置较上一时刻不断地偏离皮带中轴位置，则产生预警信号。

本发明公开了一种传送带偏移程度的判定方法，包括：读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。上述的判定方法中，不需要在传动带上安装竖辊或者卡槽以及相关传感器，因此不会造成传送带磨损，成本增加或者稳定性和精度受控问题。

基于上述的一种传送带偏移程度的判定方法，本发明实施例中，还提供了一种传送带偏移程度的判定装置，所述判定装置的结构框图如图4所示，包括：

位置确定模块201、区域确定模块202、面积计算模块203、比值计算模块204和判定模块205。

其中，

所述位置确定模块201，用于读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；

所述区域确定模块202，用于确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；

所述面积计算模块203，用于分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；

所述比值计算模块204，用于计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；

判定模块，用于依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。

本发明公开了一种传送带偏移程度的判定装置，包括：读取待检测传送带预设时长的运行图像，针对所述运行图像中的每一帧图像确定其中目标左托辊和目标右托辊；确定由所述目标左托辊组成的第一目标矩形区域和由所述目标右托辊组成的第二目标矩形区域；分别计算所述第一目标矩形区域的第一面积和所述第二目标矩形区域的第二面积；计算所述第一面积和第二面积的比值，得到面积比值；依据所述面积比值判定所述预设时长内所述待检测传送带的偏移情况。上述的判定装置中，不需要在传动带上安装竖辊或者卡槽以及相关传感器，因此不会造成传送带磨损，成本增加或者稳定性和精度受控问题。

本发明实施例中，所述区域确定模块202包括：

区域确定单元206、梯度计算单元207、二值化单元208、直线确定单元209和面积确定单元210。

其中，

所述区域确定单元206，用于针对当前帧图像确定第一矩形区域；

所述梯度计算单元207，用于计算所述第一矩形区域的梯度，得到梯度图；

所述二值化单元208，用于对所述梯度图进行二值化处理，得到二值化边缘图；

所述直线确定单元209，用于采用霍夫直线法确定所述二值化边缘图中的各个直线；

所述面积确定单元210，用于确定由所述各个直线组成的第一目标矩形面积。

本发明实施例中，所述面积计算模块203包括：

坐标获取单元211、面积计算单元212和累加单元213。

其中，

所述坐标获取单元211，用于获取所述第一目标矩形的顶点坐标(xi，yi)；

所述面积计算单元212，用于利用公式可以计算三角形(xi，yi)、原点和(xj，yj)的各个面积；

其中，i＝1，2，3，4；j＝1，2，3；

所述累加单元213，用于将所述各个面积累加得到第一面积。

本发明实施例中，所述判定模块205包括：

比值获取单元214、统计单元215和判定单元216。

其中，

所述比值获取单元214，用于获取所述预设时长内计算得到的各个面积比值；

所述统计单元215，用于统计所述各个面积比值中大于预设的比例阈值的面积比值的第一数量；

所述判定单元216，用于当所述第一数量大于第一预设的数量阈值时，判定所述待检测传送带在所述预设时长内偏移并进行报警。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明所提供的一种传送带偏移度判定方法及装置。进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。