RU2837683C2

RU2837683C2 - Method for determining three-dimensional absolute position of measured object and method for determining position of molten material

Info

Publication number: RU2837683C2
Application number: RU2024118593A
Authority: RU
Inventors: Рётаро МАЦУНАГА
Original assignee: ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2025-04-03

Abstract

FIELD: measuring.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of measuring three-dimensional absolute position of a measured point on an object measured using an image. Method of determining the position of the measured object by determining the three-dimensional absolute position of the measurement point on the given object using a three-dimensional orthogonal coordinate system includes steps of: relative position between reference point and camera is measured by means of measuring device, wherein the reference point is located in the same plane as the measurement point, and said plane is a plane including two of the three orthogonal axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system; obtaining an image using a camera; based on the image, calculating three-dimensional coordinates of the relative position of the measurement point using the position of the lens of said camera as the origin and calculating the three-dimensional absolute position of the measurement point based on said relative position and said three-dimensional coordinates of the relative position. Measurement point is a point on the fluid medium, namely the molten material.

EFFECT: possibility of determining the three-dimensional absolute position of the measured object from a remote position when the measured object is in a hazardous zone, for example, in a zone where there is a high-temperature object or where a toxic gas is present.

3 cl, 12 dwg, 3 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к технологии измерения трёхмерного абсолютного положения измеряемой точки на объекте, измеряемом с использованием изображения.The present invention relates to a technology for measuring a three-dimensional absolute position of a measured point on an object measured using an image.

Уровень техникиState of the art

Трёхмерное измерение по изображению предназначено для измерения на основе изображения, снятого камерой, положения объекта в трёхмерном пространстве, трёхмерной формы объекта, длины объекта и т.п. Существует большое разнообразие способов для трёхмерного измерения по изображению.Three-dimensional measurement by image is intended to measure, based on the image captured by the camera, the position of the object in three-dimensional space, the three-dimensional shape of the object, the length of the object, etc. There are a wide variety of methods for three-dimensional measurement by image.

В одном примере объект, подлежащий измерению, отображается с использованием двух камер и выполняется триангуляция. При триангуляции расстояние между двумя камерами известно, и можно получить все углы треугольника, образованного одной точкой измеряемого объекта и двумя камерами, и, следовательно, могут быть получены трёхмерные координаты измеряемого объекта. Согласно этому способу, в том случае, когда положение измеряемого объекта не меняется с течением времени, можно получить триангуляцию посредством формирования изображения измеряемого объекта при перемещении одной камеры вместо использования двух камер. В патентной литературе 1 используется способ применения триангуляции посредством формирования изображения объекта, подлежащего измерению, из различных положений и под разными углами с использованием одной камеры, чтобы найти положение измеряемого объекта в трёхмерном пространстве.In one example, an object to be measured is imaged using two cameras and triangulation is performed. In triangulation, the distance between the two cameras is known, and all angles of a triangle formed by one point of the object to be measured and the two cameras can be obtained, and therefore three-dimensional coordinates of the object to be measured can be obtained. According to this method, in the case where the position of the object to be measured does not change over time, triangulation can be obtained by forming an image of the object to be measured while moving one camera instead of using two cameras. In Patent Literature 1, a method of applying triangulation by forming an image of an object to be measured from different positions and at different angles using one camera is used to find the position of the object to be measured in three-dimensional space.

Другим способом трёхмерного измерения по изображению является способ, называемый монокулярным зрением, способ вычисления трёхмерных координат объекта с использованием только одной камеры и одного изображения. В патентной литературе 2 трёхмерные координаты измеряемого объекта вычисляются посредством формирования изображения четырёх опорных точек, трёхмерные координаты которых известны, и вычисления искажения объектива камеры, а также положения и угла камеры.Another method of three-dimensional measurement by an image is a method called monocular vision, a method of calculating three-dimensional coordinates of an object using only one camera and one image. In Patent Literature 2, three-dimensional coordinates of an object to be measured are calculated by forming an image of four reference points whose three-dimensional coordinates are known, and calculating the distortion of the camera lens, as well as the position and angle of the camera.

Процесс изготовления чугуна включает этап изготовления литейного чугуна, на котором изготавливается расплавленный чугун посредством взаимодействия железной руды и кокса в печи в условиях высокой температуры и высокого давления. На этапе изготовления литейного чугуна расплавленный чугун в основном производится в печи, называемой доменной печью. Расплавленный чугун представляет собой текучую среду сверхвысокой температуры, около 1500°C, и он сливается через лёточное отверстие, расположенное в нижней части доменной печи. Непосредственно перед окончанием слива происходит явление, называемое турбулентным выпуском металла из печи, при котором происходит энергичный выброс газа, находящегося в печи, из лёточного отверстия вследствие опускания жидкой поверхности остаточного расплавленного чугуна и шлака. Энергично выбрасываемый газ содержит оксид углерода. Поскольку выпуск металла из печи сопряжён с такими рисками, как ожог расплавленным чугуном, разлетающимся при турбулентном выпуске металла из печи, и дефицит кислорода, вызванный выбросом оксида углерода, на заводе по изготовлению литейного чугуна существует опасная зона, в которой запрещено присутствие людей. Поэтому для измерения длины конкретного объекта и расстояния между объектами в опасной зоне эффективным является трёхмерное измерение по изображению с использованием камеры.The process of making iron includes a cast iron making step, in which molten iron is made by reacting iron ore and coke in a furnace under high temperature and high pressure conditions. In the cast iron making step, molten iron is mainly made in a furnace called a blast furnace. The molten iron is a fluid medium of ultra-high temperature, about 1500°C, and it is tapped through a taphole located at the bottom of the blast furnace. Just before the end of tapping, a phenomenon called turbulent furnace tapping occurs, in which the gas in the furnace is vigorously ejected from the taphole due to the sinking of the liquid surface of the residual molten iron and slag. The vigorously ejected gas contains carbon monoxide. Since the metal tapping from the furnace involves risks such as burns from molten iron flying out of the furnace during turbulent metal tapping and oxygen deficiency caused by carbon monoxide emission, there is a dangerous zone in the foundry iron plant where people are prohibited from entering. Therefore, 3D image measurement using a camera is effective for measuring the length of a specific object and the distance between objects in the dangerous zone.

Список цитированияCitation list

Патентная литератураPatent literature

PTL 1: Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2006-258486.PTL 1: Publication of Unexamined Japanese Patent Application No. 2006-258486.

PTL 2: Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2012-027000.PTL 2: Publication of Unexamined Japanese Patent Application No. 2012-027000.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Техническая проблемаTechnical problem

Технология, описанная в патентной литературе 1, включает в себя этап формирования изображения два или более раз посредством перемещения одной камеры, и дополнительно требуется оборудование и механизмы для перемещения камеры, поэтому для применения этой технологии требуется много аппаратного обеспечения. Кроме того, поскольку формирование изображения необходимо выполнять два или более раз, количество фрагментов данных, обрабатываемых с помощью этой технологии, является большим, что приводит к сложности, и поэтому применение этой технологии является непростой задачей. Кроме того, поскольку измерение выполняется посредством триангуляции, вероятно возникновение ошибки, если расстояние между целевой точкой измерения и камерой является существенно большим по сравнению с расстоянием перемещения камеры. То есть эта технология не может быть реализована в том случае, когда расстояние до измеряемого объекта является большим, а место, где камера может быть установлена, является узким и, следовательно, не подходит для измерения положения объекта на заводе, где находится высокотемпературный объект, который может быть размещен в ограниченном месте, или где присутствует токсичный газ.The technology described in Patent Literature 1 includes a step of imaging two or more times by moving one camera, and additionally requires equipment and mechanisms for moving the camera, so that a lot of hardware is required to apply this technology. In addition, since imaging needs to be performed two or more times, the number of pieces of data processed by this technology is large, which leads to complexity, and therefore, the application of this technology is not an easy task. In addition, since the measurement is performed by triangulation, an error is likely to occur if the distance between the target measurement point and the camera is significantly large compared to the moving distance of the camera. That is, this technology cannot be implemented in the case where the distance to the object to be measured is large and the place where the camera can be installed is narrow, and therefore it is not suitable for measuring the position of an object in a factory where there is a high-temperature object that can be placed in a limited place, or where there is a toxic gas.

В соответствии с технологией, описанной в патентной литературе 2, координаты известных четырёх точек (однако следует обратить внимание, что любые три точки не находятся на одной и той же прямой линии) необходимо сохранить заранее, используя одну камеру, а положение и угол камеры должны быть рассчитаны по координатам. Следовательно, технология не может быть применена до тех пор, пока не подготовлены по меньшей мере четыре известные точки.According to the technology described in Patent Literature 2, the coordinates of known four points (however, it should be noted that any three points are not on the same straight line) must be stored in advance using one camera, and the position and angle of the camera must be calculated from the coordinates. Therefore, the technology cannot be applied until at least four known points are prepared.

Настоящее изобретение было выполнено с учётом вышеуказанного обстоятельства, и задачей настоящего изобретения является предложение способа, который позволяет измерить, по меньшей мере, по одному изображению, трёхмерное абсолютное положение точки измерения с удалённого положения, даже в опасной зоне, куда человек не может войти, и непосредственно измерить координаты с использованием средства измерения и т.п.The present invention has been made taking into account the above circumstance, and the object of the present invention is to provide a method that makes it possible to measure, at least from one image, a three-dimensional absolute position of a measuring point from a remote position, even in a dangerous area where a person cannot enter, and directly measure the coordinates using a measuring means, etc.

Решение проблемыSolution to the problem

Средство для решения вышеуказанной проблемы заключается в следующем.The solution to the above problem is as follows.

[1] Способ определения по изображению трёхмерного абсолютного положения точки измерения, находящейся в плоскости, включающей любые три точки на объекте, подлежащем измерению, с использованием трёхмерной ортогональной системы координат, при этом способ включает:[1] A method for determining from an image the three-dimensional absolute position of a measurement point located in a plane including any three points on an object to be measured, using a three-dimensional orthogonal coordinate system, wherein the method includes:

измерение относительного положения между точкой отсчета и камерой,measuring the relative position between the reference point and the camera,

получение изображения посредством формирования изображения точки измерения с помощью указанной камеры,obtaining an image by forming an image of the measuring point using the said camera,

вычисление на основе изображения трёхмерных координат относительного положения точки измерения с использованием положения объектива камеры в качестве начала координат иcalculating, based on the image, three-dimensional coordinates of the relative position of the measurement point using the position of the camera lens as the origin and

вычисление трёхмерного абсолютного положения точки измерения на основе указанного относительного положения и указанных координат трёхмерного относительного положения.calculating a three-dimensional absolute position of a measurement point based on a specified relative position and specified coordinates of the three-dimensional relative position.

[2] Способ согласно [1], в котором[2] The method according to [1], in which

плоскость является плоскостью, включающей две из трёх ортогональных осей указанной трёхмерной ортогональной системы координат.plane is a plane that includes two of the three orthogonal axes of the specified three-dimensional orthogonal coordinate system.

[3] Способ согласно [1], в котором[3] The method according to [1], in which

точка измерения является точкой на текучей среде, находящейся в указанной плоскости.The measurement point is a point on the fluid located in the specified plane.

[4] Способ согласно [2], в котором[4] The method according to [2], in which

[5] Способ определения положения расплавленного материала для определения трёхмерного абсолютного положения точки измерения на расплавленном материале, сливаемом из печи, имеющей в нижней части выпускное отверстие, через которое сливается расплавленный материал, с использованием способа по любому из [1] - [4].[5] A method for determining the position of molten material for determining a three-dimensional absolute position of a measuring point on molten material discharged from a furnace having a discharge opening at the bottom through which molten material is discharged, using the method according to any of [1] to [4].

Положительные эффекты изобретенияPositive effects of the invention

Согласно настоящему изобретению, можно определить трёхмерное абсолютное положение точки измерения по меньшей мере по одному изображению. Таким образом, можно легко измерить по изображению трёхмерное абсолютное положение измеряемого объекта с удалённого положения даже в том случае, когда измеряемый объект находится в опасной зоне, куда человек не может входить и непосредственно измерять координаты с использованием средства измерения и т.п., например, в зоне, где вытекает текучая среда, в зоне, где находится объект с высокой температурой, а также в зоне, где присутствует токсичный газ.According to the present invention, it is possible to determine a three-dimensional absolute position of a measuring point from at least one image. In this way, it is possible to easily measure a three-dimensional absolute position of a measured object from a remote position from an image even in the case where the measured object is in a dangerous area where a person cannot enter and directly measure coordinates using a measuring device, etc., for example, in an area where a fluid is leaking, in an area where an object with a high temperature is located, and also in an area where a toxic gas is present.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 является схематическим видом, иллюстрирующим относительное положение между точкой P в трёхмерном пространстве и точкой P' в изображении в трёхмерном пространстве.Fig. 1 is a schematic view illustrating the relative position between a point P in three-dimensional space and a point P' in an image in three-dimensional space.

Фиг. 2 - фотография, показывающая устройство в целом из примера 1.Fig. 2 is a photograph showing the entire device of Example 1.

Фиг. 3 - фотография, показывающая трёхмерную абсолютную систему координат, заданную в примере 1.Fig. 3 is a photograph showing the three-dimensional absolute coordinate system defined in Example 1.

Фиг. 4 - фотография, показывающая изображение, снятое камерой 24 из Примера 1.Fig. 4 is a photograph showing an image captured by camera 24 of Example 1.

Фиг. 5 - фотография, показывающая относительное положение камеры 25 и выпускного отверстия 22 из Примера 1.Fig. 5 is a photograph showing the relative position of chamber 25 and outlet 22 of Example 1.

Фиг. 6 - фотография, показывающая изображение, снятое камерой 25 из Примера 1.Fig. 6 is a photograph showing an image captured by camera 25 of Example 1.

Фиг. 7 - график, сравнивающий фактические значения измерения и расчётные значения для координаты X измеряемой точки A.Fig. 7 is a graph comparing the actual measurement values and the calculated values for the X coordinate of the measured point A.

Фиг. 8 - график, сравнивающий фактические значения измерения и расчётные значения для координаты Z измеряемой точки А.Fig. 8 is a graph comparing the actual measurement values and the calculated values for the Z coordinate of the measured point A.

Фиг. 9 - фотография, показывающая оборудование из Примера 2.Fig. 9 is a photograph showing the equipment of Example 2.

Фиг. 10 - фотография, показывающая трёхмерную абсолютную систему координат, заданную в Примере 2.Fig. 10 is a photograph showing the three-dimensional absolute coordinate system defined in Example 2.

Фиг. 11(a)-(d) - фотографии, показывающие изображения, снятые камерой 103 из Примера 2.Fig. 11(a)-(d) are photographs showing images captured by camera 103 of Example 2.

Фиг. 12 - график, сравнивающий значения, полученные с помощью настоящей технологии, и значения для проверки, относящийся к высоте 105 расплавленного материала.Fig. 12 is a graph comparing the values obtained using the present technology and the test values related to the height 105 of the molten material.

Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of embodiments of the invention

Далее описывается вариант осуществления настоящего изобретения.An embodiment of the present invention is described below.

Способ измерения по изображениюImage measurement method

Фиг. 1 иллюстрирует относительное положение камеры и точки P измерения на объекте, подлежащем измерению. В дальнейшем описывается способ определения трёхмерного абсолютного положения измеряемого объекта 16, согласно настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 1.Fig. 1 illustrates the relative position of the camera and the measurement point P on the object to be measured. The method for determining the three-dimensional absolute position of the measured object 16 according to the present invention is described below with reference to Fig. 1.

Сначала камера устанавливается в месте, из которого может быть измерено относительное положение между точкой отсчета O' (0, 0, 0) и камерой, и измеряется положение точки отсчета O' и положение камеры. Этот этап является этапом измерения относительного положения между точкой отсчета и камерой. Несмотря на то, что точка отсчета О' может быть установлена в любом месте, как точка Р измерения, так и точка отсчета О' могут находиться в плоскости, включающей три точки на измеряемом объекте. Несмотря на то, что в настоящем описании для удобства описания точка отсчета O' является началом координат (0, 0, 0) абсолютной системы α координат, которая представляет собой трёхмерную ортогональную систему координат, как показано на фиг. 1(a), точка отсчета О' не ограничивается этим и может быть любой точкой в абсолютной системе α координат.First, a camera is installed at a location from which a relative position between a reference point O' (0, 0, 0) and the camera can be measured, and the position of the reference point O' and the position of the camera are measured. This step is a step of measuring the relative position between the reference point and the camera. Although the reference point O' can be installed at any location, both the measurement point P and the reference point O' can be located on a plane including three points on the object to be measured. Although in the present description, for convenience of description, the reference point O' is the origin (0, 0, 0) of the absolute coordinate system α, which is a three-dimensional orthogonal coordinate system as shown in Fig. 1(a), the reference point O' is not limited to this and may be any point in the absolute coordinate system α.

При измерении по изображению, в соответствии с настоящим изобретением, используется формула, выражающая относительное позиционное соотношение между точкой измерения на снятом изображении и камерой. Сначала камерой 11 снимается область (диапазон), включающая точку измерения. Это этап получения изображения. Точка P, снимаемая камерой 11, и центральная точка O (далее также называемая просто точкой O) объектива 12 камеры представлены таким образом, как показано на фиг. 1(a). Камера содержит датчик изображения, который улавливает свет, попадающий на объектив. Поскольку изображение, появляющееся на датчике 13а изображения, является перевернутым, предполагается, что перед объективом находится датчик 13b виртуального изображения, и на датчике 13b виртуального изображения появляется неперевернутое изображение. Координаты трёхмерного пространства, где находится точка P измерения на измеряемом объекте, могут быть определены с помощью любой абсолютной системы α координат. В описании настоящего варианта осуществления изобретения используется трёхмерная ортогональная система координат, началом которой является точка отсчета О', как описано выше. В абсолютной системе α координат положение центральной точки О объектива 12 представляется как (Xo, Yo, Zo) [м], а положение точки P объекта представляется как (X, Y, Z) [м].In the image measurement according to the present invention, a formula is used expressing the relative positional relationship between the measuring point in the captured image and the camera. First, the camera 11 captures an area (range) including the measuring point. This is the image acquisition step. The point P captured by the camera 11 and the central point O (hereinafter also referred to as simply point O) of the camera lens 12 are represented as shown in Fig. 1(a). The camera has an image sensor that captures light incident on the lens. Since the image appearing on the image sensor 13a is inverted, it is assumed that the virtual image sensor 13b is in front of the lens, and a non-inverted image appears on the virtual image sensor 13b. The coordinates of the three-dimensional space where the measuring point P is located on the measured object can be determined using any absolute α coordinate system. In the description of the present embodiment of the invention, a three-dimensional orthogonal coordinate system is used, the origin of which is the reference point O', as described above. In the absolute coordinate system α, the position of the central point O of the lens 12 is represented as (Xo, Yo, Zo) [m], and the position of the point P of the object is represented as (X, Y, Z) [m].

Посредством формирования изображения с использованием камеры 11, показанной на фиг. 1(а), улавливается свет, который испускается из точки P и проходит через датчик 13b виртуального изображения, и, в результате, может быть получено изображение 14, проиллюстрированное на фиг. 1(b). Точка P, появляющаяся на изображении 14, определяется как точка P', при этом точка P' представляет собой пересечение сегмента OP и датчика 13b виртуального изображения, как проиллюстрировано на фиг. 1(a).By forming an image using the camera 11 shown in Fig. 1(a), light that is emitted from the point P and passes through the virtual image sensor 13b is captured, and as a result, an image 14 illustrated in Fig. 1(b) can be obtained. The point P appearing in the image 14 is defined as the point P', wherein the point P' is the intersection of the segment OP and the virtual image sensor 13b, as illustrated in Fig. 1(a).

Когда фотографическая система β координат имеет плоскость xy, параллельную плоскости, образованной датчиком 13b виртуального изображения, имеет ось z в направлении, противоположном оптической оси 15 камеры, и имеет начало координат в положении объектива, которое определяется, как проиллюстрировано на фиг. 1(a), положение точки P' в фотографической системе β координат выражается как (x, y, -c) с использованием расстояния «c» между объективом 12 камеры и датчиком 13b виртуального изображения. При этом x, y являются координатами в фотографической системе β координат, полученными посредством преобразования единиц измерения координат точки P на изображении 14 из [пикселей] в [м] на основе размера датчика 13b виртуального изображения и разрешения изображения 14. Это этап вычисления - по изображению -трёхмерных координат относительного положения точки измерения с использованием положения объектива камеры в качестве начала координат. Размер элемента изображения и размер изображения можно выбирать свободно, а координаты точки измерения могут быть получены более точно по мере увеличения разрешения изображения.When the photographic coordinate system β has an xy plane parallel to the plane formed by the virtual image sensor 13b, has a z axis in the direction opposite to the optical axis 15 of the camera, and has an origin at the position of the lens which is determined as illustrated in Fig. 1(a), the position of the point P' in the photographic coordinate system β is expressed as (x, y, -c) using the distance "c" between the camera lens 12 and the virtual image sensor 13b. Here, x, y are coordinates in the photographic coordinate system β obtained by converting the units of measurement of the coordinates of the point P in the image 14 from [pixels] to [m] based on the size of the virtual image sensor 13b and the resolution of the image 14. This is a step of calculating - from the image - three-dimensional coordinates of the relative position of the measuring point using the position of the camera lens as the origin. The size of the picture element and the image size can be freely selected, and the coordinates of the measuring point can be obtained more accurately as the image resolution increases.

Поскольку точка О, точка Р' и точка Р находятся на одной и той же прямой линии, как проиллюстрировано на фиг. 1(а), соотношение между этими точками может быть выражено формулой (1) исходя из условия коллинеарности.Since point O, point P' and point P are on the same straight line as illustrated in Fig. 1(a), the relationship between these points can be expressed by formula (1) based on the collinearity condition.

[Мат. 1][Mat. 1]

В формуле (1) k представляет любое действительное число. R представляет матрицу поворота 3×3 для преобразования фотографической системы β координат в абсолютную систему α координат и выражается формулой (2).In formula (1), k represents any real number. R represents the 3×3 rotation matrix for transforming the photographic β coordinate system into the absolute α coordinate system and is expressed by formula (2).

[Мат. 2][Mat. 2]

Матрица R поворота, определенная формулой (2), представляет собой матрицу поворота, полученную, когда оси x, y и z фотографической системы β координат поворачиваются в порядке z, y и x на κ, ϕ и ω. [рад] соответственно таким образом, чтобы фотографическая система β координат соответствовала абсолютной системе α координат. В настоящем изобретении поворот вокруг оси по часовой стрелке называется положительным поворотом. Матрица R поворота, выраженная формулой (2), является всего лишь примером, и поэтому порядок поворота осей может быть изменён, или одна и та же ось может быть повёрнута два или более раз до тех пор, пока фотографическая система β координат и абсолютная система α координат не будут совпадать. Формула (1) представляет собой формулу, имеющую три компонента, и когда параметр k, включённый в формулы компонентов x, y, удаляется с помощью формулы компонента z, могут быть выведены такие формулы, как следующие формулы (3 - x) и (3 - y).The rotation matrix R defined by the formula (2) is a rotation matrix obtained when the x, y and z axes of the photographic coordinate system β are rotated in the order of z, y and x by κ, ϕ and ω. [rad], respectively, so that the photographic coordinate system β corresponds to the absolute coordinate system α. In the present invention, a clockwise rotation about an axis is called a positive rotation. The rotation matrix R expressed by the formula (2) is only an example, and therefore the order of rotation of the axes may be changed, or the same axis may be rotated two or more times until the photographic coordinate system β and the absolute coordinate system α coincide. Formula (1) is a formula having three components, and when the parameter k included in the formulas of components x, y is removed by the formula of component z, formulas such as the following formulas (3 - x) and (3 - y) can be derived.

[Мат. 3][Mat. 3]

[Мат. 4][Mat. 4]

(X, Y, Z) [m] - трёхмерные абсолютные координаты точки P. Две формулы (3 - x) и (3 - y) содержат три неизвестных числа X, Y и Z, и ещё одна формула необходима для того, чтобы однозначно определить эти числа. В том случае, когда точка P, которая является точкой измерения, находится в плоскости, включающей любые три точки на измеряемом объекте, уравнение F плоскости, в которой находится точка P, такое как формула (4), можно использовать как условие.(X, Y, Z) [m] - three-dimensional absolute coordinates of point P. Two formulas (3 - x) and (3 - y) contain three unknown numbers X, Y and Z, and one more formula is needed to uniquely determine these numbers. In the case when point P, which is the measurement point, is located in a plane that includes any three points on the measured object, the equation F of the plane in which point P is located, such as formula (4), can be used as a condition.

F (Х, Y, Z) = 0 … (4)F (X, Y, Z) = 0 … (4)

При добавлении формулы (4), может быть найдено относительное положение между точкой P и камерой.By adding formula (4), the relative position between point P and the camera can be found.

Этап получения изображения посредством формирования изображения с использованием камеры и этап вычисления трёхмерных координат относительного положения с использованием положения объектива камеры в качестве начала координат могут выполняться перед этапом вычисления относительного положения между точкой отсчета O' и камерой, или могут выполняться после этапа вычисления относительного положения между точкой отсчета О' и камерой.The step of obtaining an image by forming an image using a camera and the step of calculating three-dimensional coordinates of a relative position using the position of the camera lens as the coordinate origin may be performed before the step of calculating the relative position between the reference point O' and the camera, or may be performed after the step of calculating the relative position between the reference point O' and the camera.

В дополнение к формулам (3 - x) и (3 - y) и формуле (4), x, y и c, которые представляют трёхмерные координаты относительного положения, при использовании положения объектива камеры в качестве начала координат, являются известными значениями, и поэтому необходимо только найти решения для трех формул с тремя неизвестными. Таким образом, могут быть определены однозначно X, Y и Z, которые представляют искомое трёхмерное абсолютное положение. Вышеупомянутое представляет собой этап вычисления трёхмерного абсолютного положения объекта, подлежащего измерению, исходя из относительного положения между точкой отсчета О' и камерой, а также вычисления трёхмерных координат относительного положения точки измерения с использованием положения объектива камеры в качестве начала координат.In addition to the formulas (3 - x) and (3 - y) and the formula (4), x, y and c, which represent the three-dimensional coordinates of the relative position using the camera lens position as the origin, are known values, and therefore it is only necessary to find solutions for the three formulas with three unknowns. In this way, X, Y and Z, which represent the desired three-dimensional absolute position, can be uniquely determined. The above is a step of calculating the three-dimensional absolute position of the object to be measured based on the relative position between the reference point O' and the camera, and calculating the three-dimensional coordinates of the relative position of the measurement point using the camera lens position as the origin.

В настоящем изобретении информация о положении (относительное положение между точкой отсчета и камерой) в трёхмерной системе координат используется для вычисления параметров, используемых в матрице поворота. Однако в том случае, когда подставка для камеры, такая как штатив, с помощью которой можно проверить положение установки камеры, не используется, иногда бывает трудно получить какую-либо одну из трёхмерных координат. В этом случае необходимо только измерить расстояние между точкой отсчета и положением камеры с помощью лазерного дальномера или подобного устройства, а затем геометрически найти координаты оси, которые не были получены из трёхмерных координат положения установки камеры и расстояния. Угол камеры в настоящем изобретении относится к углу формирования изображения камерой - углу относительно точки в плоскости, где находится измеряемый объект.In the present invention, the position information (relative position between the reference point and the camera) in the three-dimensional coordinate system is used to calculate the parameters used in the rotation matrix. However, in the case where a camera stand such as a tripod with which the camera installation position can be checked is not used, it is sometimes difficult to obtain any one of the three-dimensional coordinates. In this case, it is only necessary to measure the distance between the reference point and the camera position using a laser range finder or the like, and then geometrically find the axis coordinates that have not been obtained from the three-dimensional coordinates of the camera installation position and the distance. The camera angle in the present invention refers to the camera imaging angle - the angle relative to the point in the plane where the measured object is located.

Плоскость, в которой находятся обе точки: точка P, которая является точкой измерения, и точка отсчета O', предпочтительно представляет собой плоскость, включающую две из трёх ортогональных осей трёхмерной ортогональной системы координат. Это связано с тем, что в том случае, когда плоскость, в которой находятся точка P, являющаяся точкой измерения, и точка отсчета O', представляет собой плоскость, включающую две из трёх ортогональных осей трёхмерной ортогональной системы координат, координаты, которые необходимо найти, представляют точку в двумерной ортогональной системе координат, и координаты точки измерения могут быть найдены более легко.The plane in which both the point P, which is the measurement point, and the reference point O' are located is preferably a plane that includes two of the three orthogonal axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system. This is because, when the plane in which the point P, which is the measurement point, and the reference point O' are located is a plane that includes two of the three orthogonal axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system, the coordinates to be found represent a point in the two-dimensional orthogonal coordinate system, and the coordinates of the measurement point can be found more easily.

Кроме того, точка измерения, подлежащая измерению в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой точку на текучей среде, которая находится в плоскости, включающей три любые точки на объекте, подлежащем измерению. Это связано с тем, что выброшенная в воздух текучая среда образует параболу в той же плоскости в случае, когда не приложена сила с составляющей, перпендикулярной направлению силы тяжести, и поэтому координаты точки измерения на этой текучей среде можно легко найти таким образом, как описано выше. Кроме того, объектом измерения в настоящем изобретении предпочтительно является расплавленный материал, сливаемый из печи, имеющей в нижней части выпускное отверстие, через которое сливается расплавленный материал, а точкой измерения предпочтительно является точка на расплавленном материале. То есть предпочтительно обеспечить способ определения положения расплавленного материала, заключающийся в определении положения расплавленного материала с использованием способа измерения абсолютного положения согласно настоящему изобретению. Это связано с тем, что не только получают возможность легко найти координаты точки измерения на текучей среде, поскольку расплавленный материал, сливаемый из печи, является текучей средой, но также получают возможность измерения координат с использованием изображения из удалённого положения, снятого даже в опасной зоне, куда человек не может войти и непосредственно измерить координаты с использованием измерительных средств и т.п., поскольку расплавленный материал имеет высокую температуру.In addition, the measurement point to be measured in the present invention is preferably a point on the fluid medium which is in a plane including any three points on the object to be measured. This is because the fluid medium ejected into the air forms a parabola in the same plane in the case where no force with a component perpendicular to the direction of gravity is applied, and therefore the coordinates of the measurement point on this fluid medium can be easily found in the manner described above. In addition, the measurement object in the present invention is preferably a molten material drained from a furnace having a discharge opening at the bottom through which the molten material is drained, and the measurement point is preferably a point on the molten material. That is, it is preferable to provide a method for determining the position of the molten material, which consists in determining the position of the molten material using the absolute position measurement method according to the present invention. This is because it is not only possible to easily find the coordinates of the measuring point on the fluid medium because the molten material discharged from the furnace is a fluid medium, but also possible to measure the coordinates using an image from a remote position taken even in a dangerous area where a person cannot enter and directly measure the coordinates using measuring equipment, etc. because the molten material has a high temperature.

ПримерыExamples

Пример 1Example 1

Для подтверждения технической пригодности настоящего изобретения был проведён проверочный эксперимент. Фиг. 2 иллюстрирует, как проводился проверочный эксперимент. В эксперименте выпуск металла из доменной печи моделировался с использованием упрощённой модели 21 выпуска металла (далее также называется просто моделью), созданной посредством формирования выпускного отверстия 22, через которое может сливаться жидкость, в цилиндрическом пластиковом контейнере, моделирующем доменную печь. Непосредственно под выпускным отверстием 22 была прикреплена планка 23 (далее также называется просто планкой) с заданной шкалой, отметки которой нанесены с постоянными интервалами. В ходе эксперимента формирование изображений осуществлялось с помощью двух камер 24 и 25.In order to confirm the technical suitability of the present invention, a verification experiment was carried out. Fig. 2 illustrates how the verification experiment was carried out. In the experiment, metal tapping from a blast furnace was simulated using a simplified metal tapping model 21 (hereinafter also referred to simply as a model) created by forming a tapping hole 22 through which liquid can be drained in a cylindrical plastic container simulating a blast furnace. Directly below the tapping hole 22, a bar 23 (hereinafter also referred to simply as a bar) with a given scale, the marks of which were applied at constant intervals, was attached. During the experiment, images were formed using two cameras 24 and 25.

Точка, в которой жидкость, вытекающая через выпускное отверстие 22, попадала на планку 23, считывалась по указанной шкале на изображении, снятом с помощью камеры 24, и полученные таким образом фактические значения измерения трёхмерных координат сравнивались с расчётными значениями, полученными в соответствии с настоящим изобретением.The point at which the liquid flowing out through the outlet 22 hit the bar 23 was read on the said scale in the image taken by the camera 24, and the actual values of the measurement of the three-dimensional coordinates thus obtained were compared with the calculated values obtained in accordance with the present invention.

В эксперименте трёхмерная абсолютная система α координат была установлена таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 3. Точка отсчета О' абсолютной системы α координат была установлена на выходе выпускного отверстия 22. Ось X была установлена параллельно планке 23, таким образом, чтобы направление от модели 21 к выходу выпускного отверстия 22 было положительным направлением. Ось Y была установлена таким образом, чтобы плоскость XY была параллельна земле, а ось Z была установлена с направлением вверх.In the experiment, the three-dimensional absolute coordinate system α was set as illustrated in Fig. 3. The reference point O' of the absolute coordinate system α was set at the outlet of the outlet 22. The X axis was set parallel to the bar 23 so that the direction from the model 21 to the outlet of the outlet 22 was the positive direction. The Y axis was set so that the XY plane was parallel to the ground, and the Z axis was set with the upward direction.

Далее описывается способ определения трёхмерных координат точки А измерения, которая является точкой на текучей среде, с использованием изображения, полученного с камеры 24 в этом эксперименте. Фиг. 4 иллюстрирует часть изображения, полученного камерой 24 в этом эксперименте. Изображение 41 может быть получено посредством формирования изображения сбоку от выпускного потока 42 жидкости, сливаемой из модели 21, с использованием камеры 24. Как проиллюстрировано на фиг. 3 и 4, планка 23 и ось X были установлены параллельно друг другу, а ось Z была установлена таким образом, чтобы она проходила вертикально от выпускного отверстия 22 в направлении, перпендикулярном оси X. Выпускное отверстие 22 было расположено в плоскости XZ, а направление выпускного отверстия было отрегулировано таким образом, чтобы выпускной поток 42 всегда находился в плоскости Y = 0. Поскольку точка A измерения находится в плоскости Y = 0, расстояние 43 пролёта выпускаемого потока можно измерить с помощью планки 23 на изображении 41. Кроме того, когда дополнительно измерена высота 44 выпускного отверстия, могут быть получены трёхмерные координаты точки А измерения. Полученные таким образом значения считаются фактическими значениями измерения.Next, a method for determining the three-dimensional coordinates of the measurement point A, which is a point on the fluid, is described using the image obtained from the camera 24 in this experiment. Fig. 4 illustrates a portion of the image obtained by the camera 24 in this experiment. The image 41 can be obtained by forming an image from the side of the outlet stream 42 of the liquid drained from the model 21, using the camera 24. As illustrated in Fig. 3 and 4, the bar 23 and the X-axis were installed parallel to each other, and the Z-axis was installed so that it extended vertically from the outlet 22 in a direction perpendicular to the X-axis. The outlet 22 was located in the XZ plane, and the direction of the outlet was adjusted so that the outlet flow 42 was always in the Y=0 plane. Since the measurement point A is in the Y=0 plane, the span distance 43 of the outlet flow can be measured using the bar 23 in the image 41. In addition, when the height 44 of the outlet is additionally measured, the three-dimensional coordinates of the measurement point A can be obtained. The values thus obtained are considered as the actual measurement values.

Ниже описывается, как настоящее изобретение было применено в эксперименте в отношении точки А измерения.Below, it is described how the present invention was applied in an experiment with respect to measurement point A.

Метод, соответствующий настоящему изобретению, применяется посредством формирования изображения выпускного потока 42 с помощью камеры 25. Фиг. 5 иллюстрирует взаимное расположение камеры 25 и выпускного отверстия 22 модели 21. Координаты камеры 25 в абсолютной системе α координат представляют собой (Xo, Yo, Zo) [м], и координаты точки О' выхода выпускного отверстия 22 - (0, 0, 0). Сначала в эксперименте точно измерялись Xo, Yo, Zo, в соответствии с заданной абсолютной системой α координат, и таким образом были получены координаты камеры 25. Угол камеры 25 был установлен таким образом, чтобы оптическая ось камеры пересекала выпускное отверстие 22. Фиг. 6 иллюстрирует изображение 61, полученное с помощью камеры 25. Определяют относительное положение между точкой O' (0, 0, 0) и ( Xo, Yo, Zo), и фотографическую систему β координат поворачивают вокруг оси x, оси y и оси z таким образом, чтобы ось x фотографической системы β координат была выровнена с осью X абсолютной системы α координат, ось y фотографической системы β координат была выровнена с осью Y абсолютной системы α координат и ось z фотографической системы β координат была выровнена с осью Z абсолютной системы α координат. Порядок поворота осей может быть изменён, или одна и та же ось может быть повёрнута два или более раз, при условии, что фотографическая система β координат и абсолютная система α координат выровнены. В частности, ось z фотографической системы β координат сначала поворачивается на κ1, затем ось y поворачивается на ϕ. Наконец, ось z снова поворачивается на κ2, в результате чего фотографическая система β координат выровнена с абсолютной системой α координат, и, таким образом, получается матрица R поворота. Матрица R поворота в этом эксперименте выражается формулой (5).The method according to the present invention is applied by forming an image of the outlet stream 42 using the camera 25. Fig. 5 illustrates the relative position of the camera 25 and the outlet opening 22 of the model 21. The coordinates of the camera 25 in the absolute α coordinate system are (Xo, Yo, Zo) [m], and the coordinates of the point O' of the outlet opening 22 are (0, 0, 0). First, in the experiment, Xo, Yo, Zo were accurately measured in accordance with a given absolute α coordinate system, and thus the coordinates of the camera 25 were obtained. The angle of the camera 25 was set so that the optical axis of the camera intersected the outlet opening 22. Fig. 6 illustrates an image 61 obtained by means of a camera 25. The relative position between a point O' (0, 0, 0) and (Xo, Yo, Zo) is determined, and the photographic coordinate system β is rotated about the x-axis, the y-axis and the z-axis such that the x-axis of the photographic coordinate system β is aligned with the x-axis of the absolute coordinate system α, the y-axis of the photographic coordinate system β is aligned with the y-axis of the absolute coordinate system α and the z-axis of the photographic coordinate system β is aligned with the z-axis of the absolute coordinate system α. The order of rotation of the axes may be changed, or the same axis may be rotated two or more times, provided that the photographic coordinate system β and the absolute coordinate system α are aligned. In particular, the z-axis of the photographic coordinate system β is first rotated by κ1, then the y-axis is rotated by ϕ. Finally, the z-axis is rotated again by κ2, which aligns the photographic coordinate system β with the absolute coordinate system α, and thus produces the rotation matrix R. The rotation matrix R in this experiment is expressed by formula (5).

[Мат. 5][Mat. 5]

Расстояние c между объективом камеры 25 и датчиком изображения было найдено заранее. В таблице 1 показаны параметры, использованные в этом эксперименте.The distance c between the camera lens 25 and the image sensor was found in advance. Table 1 shows the parameters used in this experiment.

Таблица 1Table 1

Параметры, использованные в экспериментеParameters used in the experiment Xo[м]Xo[m] 0,800.80 Yo[м]Yo[m] -0,40-0.40 Zo[м]Zo[m] 0,210.21 Φ[рад]Φ[rad] 1,3391,339 κ1[рад]κ1[rad] 1,5711,571 κ2[рад]κ2[rad] -0,464-0.464 Расстояние с[м]Distance s[m] 0,00450.0045

Следующая формула (6) может использоваться как условие в случае, когда плоскость имеет две из трёх осей абсолютных координат (плоскость с осями XZ в настоящем Примере).The following formula (6) can be used as a condition in the case where the plane has two of the three absolute coordinate axes (the plane with XZ axes in this Example).

Y = 0 … (6)Y = 0 … (6)

Далее рассчитывались координаты (x, y, -c) точки А измерения в фотографической системе β координат исходя из изображения, полученного с помощью камеры 25, включающего плоскость Y = 0, которая включает три любые точки на выпускном потоке 42, и точку А измерения.Next, the coordinates (x, y, -c) of the measurement point A in the photographic coordinate system β were calculated based on the image obtained using camera 25, including the plane Y = 0, which includes any three points on the outlet flow 42, and the measurement point A.

В этом измерении использовалась камера с размером элемента изображения 6,2 мм × 4,6 мм и размером изображения 4608 × 3456 пикселей.This measurement used a camera with a pixel size of 6.2 mm × 4.6 mm and an image size of 4608 × 3456 pixels.

Система квадратных уравнений X и Z была выведена путем подстановки параметров таблицы 1, Y = 0 и координат (x, y, -c) точки A в формулы (3 - x) и (3 - y), и были вычислены координаты (X, 0, Z) точки A в абсолютной системе α координат.The system of quadratic equations X and Z was derived by substituting the parameters of Table 1, Y = 0, and the coordinates (x, y, -c) of point A into the formulas (3 - x) and (3 - y), and the coordinates (X, 0, Z) of point A in the absolute α coordinate system were calculated.

Координаты точки А измерения определялись четыре раза указанным выше способом вычисления при изменении количества жидкости, залитой в модель 21, и эти измерения рассматривались как примеры 1 - 4. Фиг. 7 и 8 иллюстрируют результаты сравнения расчётных значений, определенных с помощью предложенной технологии, и фактических значений измерений. По результатам можно увидеть, что расчётные значения и фактические значения измерений совпадают. Это показывает техническую применимость настоящего изобретения.The coordinates of the measurement point A were determined four times by the above calculation method with a change in the amount of liquid poured into the model 21, and these measurements were considered as examples 1 - 4. Figs. 7 and 8 illustrate the results of comparing the calculated values determined using the proposed technology and the actual measurement values. According to the results, it can be seen that the calculated values and the actual measurement values coincide. This demonstrates the technical applicability of the present invention.

Пример 2Example 2

В примере 2 предпринимается попытка определения высоты 105 расплавленного материала, слитого из печи B, с использованием настоящего метода. Следует обратить внимание, что высота 105 расплавленного материала относится к высоте от дна печи до верхней поверхности расплавленного материала в печи B. Способ, реализованный в примере 2, описан с использованием фиг. 9. Печь B имеет объем приблизительно 5000 м³ и имеет в своей нижней части жидкую ванну 101 с расплавленным материалом и выпускное отверстие 102, через которое расплавленный материал выводится из печи B. Когда расплавленный материал вытекает через выпускное отверстие 102, поток 104 расплавленного материала образует параболическую форму и он снимается камерой 103, установленной рядом с печью B. Положение и угол камеры 103 в абсолютных координатах известны. В примере 2, как проиллюстрировано на фиг. 10, поток 104 расплавленного материала отображается камерой 103, и настоящий метод применяется к изображению, фиксирующему поток 104 расплавленного материала, в качестве объекта для определения координат положения на потоке 104 расплавленного материала. Затем находится уравнение параболы 107 потока 104 расплавленного материала, проиллюстрированное на фиг. 10, и из уравнения поэтапно находятся скорость вытекания расплавленного материала и высота 105 расплавленного материала. Найденная таким образом высота 105 расплавленного материала и высота 105 расплавленного материала, геометрически найденная посредством фактического измерения, сравниваются, и тем самым проверяется способ определения координат положения, соответствующий настоящему методу. В примере 2 предполагалось, что абсолютная система α' координат имеет точку отсчета на выпускном отверстии 102, имеет ось Z, направленную вверх относительно горизонтальной плоскости, а поток 104 расплавленного материала всегда находится в плоскости XZ. В этом случае уравнение параболы 107 задаётся формулой (7) с использованием ускорения свободного падения g (м/с²), скорости выпуска v_tap (м/с) расплавленного материала, и угла выпуска θ_tap (рад) расплавленного материала по принципу, аналогичному принципу траектории, нарисованной проецируемым объектом.In Example 2, an attempt is made to determine the height 105 of the molten material drained from the furnace B using the present method. It should be noted that the height 105 of the molten material refers to the height from the bottom of the furnace to the top surface of the molten material in the furnace B. The method implemented in Example 2 is described using Fig. 9. The furnace B has a volume of approximately 5000 ^m3 and has a liquid bath 101 with molten material at its bottom and a discharge opening 102 through which the molten material is discharged from the furnace B. When the molten material flows out through the discharge opening 102, the flow 104 of the molten material forms a parabolic shape and is captured by a chamber 103 installed near the furnace B. The position and angle of the chamber 103 in absolute coordinates are known. In Example 2, as illustrated in Fig. 10, the flow 104 of the molten material is imaged by the camera 103, and the present method is applied to the image recording the flow 104 of the molten material as an object to determine the position coordinates on the flow 104 of the molten material. Then, the equation of the parabola 107 of the flow 104 of the molten material illustrated in Fig. 10 is found, and from the equation, the flow rate of the molten material and the height 105 of the molten material are found step by step. The height 105 of the molten material thus found and the height 105 of the molten material geometrically found by means of the actual measurement are compared, and thereby the method for determining the position coordinates corresponding to the present method is verified. In Example 2, it was assumed that the absolute coordinate system α' has a reference point at the outlet 102, has a Z axis directed upward relative to the horizontal plane, and the flow 104 of the molten material is always in the XZ plane. In this case, the equation of parabola 107 is given by formula (7) using the acceleration of gravity g (m/ ^s2 ), the release velocity v _tap (m/s) of the molten material, and the release angle θ _tap (rad) of the molten material according to the principle similar to the principle of the trajectory drawn by the projected object.

[Мат. 6][Mat. 6]

С другой стороны, парабола, проходящая через точку отсчета координат (0, 0) в плоскости XZ, задаётся формулой (8) с использованием констант a и b.On the other hand, a parabola passing through the coordinate reference point (0, 0) in the XZ plane is given by formula (8) using constants a and b.

Z = аХ² + bХ… (8)Z = aX ² + bX… (8)

Поскольку в формуле (8) неизвестны два числа, а именно константы a и b, то эти числа могут быть вычислены, если известны координаты X и Z двух точек параболы. В примере 2 абсолютные координаты (X, 0, Z) двух точек параболы находятся из координат двух точек в фотографической системе β' координат и формулы (5) с использованием настоящего метода, константы a и b формулы (8) рассчитываются по абсолютным координатам двух точек, а скорость вытекания и угол вытекания расплавленного материала рассчитываются по константам a и b и формуле (7). Затем высота 105 расплавленного материала определяется по скорости вытекания расплавленного материала, найденной таким образом, согласно формулам (7) - (10), описанным в патенте Японии № 07056813.Since two numbers, namely the constants a and b, are unknown in the formula (8), these numbers can be calculated if the coordinates X and Z of two points of the parabola are known. In Example 2, the absolute coordinates (X, 0, Z) of the two points of the parabola are found from the coordinates of the two points in the photographic β' coordinate system and the formula (5) using the present method, the constants a and b of the formula (8) are calculated from the absolute coordinates of the two points, and the flow rate and the flow angle of the molten material are calculated from the constants a and b and the formula (7). Then, the height 105 of the molten material is determined from the flow rate of the molten material found in this manner according to the formulas (7) to (10) described in Japanese Patent No. 07056813.

Было выполнено сравнение высоты 105 расплавленного материала, определённого вышеуказанным способом, и значения высоты 105 расплавленного материала, рассчитанной на основе скорости вытекания, геометрически найденной из расстояния 108 вытекания потока 104 расплавленного материала и высоты 106 выпускного отверстия. Способ, раскрытый в патенте Японии № 07056813, также использовался для определения высоты 105 расплавленного материала по расстоянию 108 вытекания и высоте 106 выпускного отверстия.A comparison was made between the height 105 of the molten material determined by the above method and the value of the height 105 of the molten material calculated on the basis of the outflow velocity geometrically found from the outflow distance 108 of the flow 104 of the molten material and the height 106 of the outlet. The method disclosed in Japanese Patent No. 07056813 was also used to determine the height 105 of the molten material from the outflow distance 108 and the height 106 of the outlet.

Конкретный способ определения высоты 105 расплавленного материала описан ниже. Настоящий метод был применен к фотографиям, представленным на фиг. 11(a) - (d), снятым с помощью камеры 103. Все изображения, показанные на фиг. 11, имеют размер 2064 пикселей × 1544 пикселей. На фиг. 11 поток 104 расплавленного материала, обозначенный белым цветом, снят в качестве объекта, и расплавленный материал, сливаемый из печи B, накапливается под потоком 104 расплавленного материала. На фиг. 11 положения потока 104 расплавленного материала в абсолютных координатах были найдены путем подстановки в формулу (5) двух точек на потоке 104 расплавленного материала, находящихся: в положении, координата x которого в фотографической системе β' координат составляет -732 пикселя, и в положении, координата x которого в фотографической системе β' координат составляет -32 пикселя. Константы a и b были найдены путем подстановки указанных значений в формулу (8) и решения системы уравнений. Следует обратить внимание, что изображения, показанные на фиг. 11(a) - (d) были сняты в разные моменты времени, и угол камеры проверялся каждый раз, когда было снято изображение, чтобы минимизировать внешнее влияние, вызванное течением времени и заводскими операциями, и повысить точность настоящего метода. В таблице 2 показаны параметры, используемые для обработки изображения в Примере 2, а в таблице 3 показаны параметры, используемые для вычисления высоты 105 расплавленного материала, фотографических координат и абсолютных координат двух точек в (a) - (d).A specific method for determining the height 105 of the molten material is described below. The present method was applied to the photographs shown in Fig. 11(a) to (d) taken with the camera 103. All the images shown in Fig. 11 have a size of 2064 pixels × 1544 pixels. In Fig. 11, the stream 104 of molten material, indicated in white, is taken as an object, and the molten material drained from the furnace B accumulates under the stream 104 of molten material. In Fig. 11, the positions of the stream 104 of molten material in absolute coordinates were found by substituting into formula (5) two points on the stream 104 of molten material, which are located: at a position whose x-coordinate in the photographic coordinate system β' is -732 pixels, and at a position whose x-coordinate in the photographic coordinate system β' is -32 pixels. The constants a and b were found by substituting the given values into formula (8) and solving the system of equations. It should be noted that the images shown in Fig. 11(a) to (d) were taken at different times, and the camera angle was checked each time an image was taken in order to minimize the external influence caused by the passage of time and factory operations and to improve the accuracy of the present method. Table 2 shows the parameters used for image processing in Example 2, and Table 3 shows the parameters used for calculating the height 105 of the molten material, the photographic coordinates, and the absolute coordinates of the two points in (a) to (d).

Таблица 2Table 2

Параметры, использованные в экспериментеParameters used in the experiment (a)(a) (b)(b) (c)(c) (d)(d) Xo[м]Xo[m] 5,55.5 Yo[м]Yo[m] -3,5-3.5 Zo[м]Zo[m] 4,44.4 Φ[рад]Φ[rad] 0,88340.8834 0,89310.8931 0,87580.8758 0,88620.8862 κ1[рад]κ1[rad] 1,5711,571 1,5711,571 1,5711,571 1,5711,571 κ2[рад]κ2[rad] -0,7115-0.7115 -0,6947-0.6947 -0,7251-0.7251 -0,7067-0.7067 Расстояние с[м]Distance s[m] 0,0250.025

Таблица 3Table 3

Параметры, использованные в экспериментеParameters used in the experiment (a)(a) (b)(b) (c)(c) (d)(d) Давление в печи (нижняя часть печи) (Пa)Furnace pressure (lower part of the furnace) (Pa) 4,02×10⁵ 4.02×10 ⁵ 3,94×10⁵ 3.94×10 ⁵ 4,12×10⁵ 4.12×10 ⁵ 4,10×10⁵ 4.10×10 ⁵ Атмосферное давление (Пa)Atmospheric pressure (Pa) 1,01×10⁵ 1.01×10 ⁵ Диаметр лёточного отверстия (м)Diameter of the flight hole (m) 0,00650.0065 Неровность лёточного отверстия (м)Unevenness of the flight hole (m) 0,0010,001 Длина лёточного отверстия (м)Length of flight hole (m) 3,53.5 3,63.6 3,53.5 3,83.8 Плотность расплавленного чугуна (кг/м³)Density of molten cast iron (kg/ ^m3 ) 67006700 Плотность шлака (кг/м³)Slag density (kg/ ^m3 ) 26502650 Вязкость расплавленного чугуна (Пa⋅с)Viscosity of molten cast iron (Pa⋅s) 0,0060.006 Вязкость шлака (Пa⋅с)Slag viscosity (Pa⋅s) 0,3810.381 Объёмная доля расплавленного чугуна (расплавленный чугун/ расплавленный чугун + шлак)Volume fraction of molten iron (molten iron/molten iron + slag) 0,3970.397 0,5890.589 0,5290.529 0,5270.527 Фотографические координаты (x,y,-c)Photographic coordinates (x,y,-c) Первая точкаFirst point (-0,00253, 0,00208,
-0,025)(-0.00253, 0.00208,
-0.025) (-0,00253, 0,00219,
-0,025)(-0.00253, 0.00219,
-0.025) (-0,00253, 0,00220,
-0,025)(-0.00253, 0.00220,
-0.025) (-0,00253, 0,00223,
-0,025)(-0.00253, 0.00223,
-0.025) Вторая точкаSecond point (-0,000110, 0,000162,
-0,025)(-0.000110, 0.000162,
-0.025) (-0,000110, 0,000390,
-0,025)(-0.000110, 0.000390,
-0.025) (-0,000110, 0,000300,
-0,025)(-0.000110, 0.000300,
-0.025) (-0,000110, 0,000400,
-0,025)(-0.000110, 0.000400,
-0.025) Абсолютные координаты (X,0,Z)Absolute coordinates (X,0,Z) Первая точкаFirst point (0,270,
0, 0,0868)(0.270,
0, 0,0868) (0,0895,
0, 0,113)(0.0895,
0, 0,113) (0,419,
0, 0,145)(0.419,
0, 0,145) (0,223,
0, 0,140)(0.223,
0, 0,140) Вторая точкаSecond point (1,39,
0, 0,0291)(1.39,
0, 0,0291) (1,25,
0, 0,111)(1.25,
0, 0,111) (1,50,
0, 0,0774)(1.50,
0, 0,0774) (1,35,
0, 0,114)(1.35,
0, 0,114)

Уравнение параболы 107 потока 104 расплавленного материала было найдено из фиг. 11(a) - (d), которые являются изображениями, полученными с помощью камеры 103, с использованием параметров, показанных в таблице 2. Фиг. 12 иллюстрирует результаты (ВЫСОТА РАСПЛАВЛЕННОГО МАТЕРИАЛА (м) ПО НАСТОЯЩЕМУ СПОСОБУ, горизонтальная ось) определения высоты 105 расплавленного материала исходя из параметров, приведенных в таблице 3, с использованием настоящего способа, а также результаты вычисления (ВЫСОТА РАСПЛАВЛЕННОГО МАТЕРИАЛА (м) ДЛЯ ПРОВЕРКИ, вертикальная ось) высоты 105 расплавленного материала, рассчитанного на основе скорости слива, геометрически найденного по расстоянию 108 вытекания и высоте 106 выпускного отверстия. Как ясно видно из фиг. 12, оба результата практически совпадают. Таким образом, подтверждена техническая применимость способа определения абсолютного положения по изображению в соответствии с настоящим методом.The equation of the parabola 107 of the flow 104 of the molten material was found from Fig. 11(a) - (d), which are images obtained by means of the camera 103, using the parameters shown in Table 2. Fig. 12 illustrates the results (HEIGHT OF THE MELTED MATERIAL (m) BY THE PRESENT METHOD, horizontal axis) of determining the height 105 of the molten material based on the parameters given in Table 3, using the present method, as well as the results of calculating (HEIGHT OF THE MELTED MATERIAL (m) FOR CHECKING, vertical axis) the height 105 of the molten material calculated on the basis of the drain velocity geometrically found by the outflow distance 108 and the height 106 of the outlet. As can be clearly seen from Fig. 12, both results are almost the same. Thus, the technical applicability of the method for determining absolute position from an image in accordance with the present method is confirmed.

Список ссылочных позиций:List of reference positions:

11 - камера;11 - camera;

12 - объектив камеры;12 - camera lens;

13а - датчик изображения;13a - image sensor;

13b - датчик виртуального изображения;13b - virtual image sensor;

14 – изображение;14 – image;

15 - оптическая ось камеры;15 - optical axis of the camera;

16 - измеряемый объект;16 - measured object;

21 - упрощённая модель выпуска; 21 - simplified release model;

22 - выпускное отверстие;22 - outlet;

23 - планка с отметками заданной шкалы;23 - a bar with marks of a given scale;

24 - камера (для измерения фактического значения измерения);24 - chamber (for measuring the actual measurement value);

25 - камера (для реализации настоящего метода);25 - chamber (for the implementation of this method);

41 – изображение;41 – image;

42 - выпускной поток;42 - outlet flow;

43 - расстояние пролёта выпускного потока;43 - distance of the outlet flow;

44 - высота выпускного отверстия;44 - outlet height;

А - точка измерения;A - measurement point;

61 – изображение;61 – image;

101 - жидкая ванна расплавленного материала;101 - liquid bath of molten material;

102 - выпускное отверстие;102 - outlet;

103 – камера;103 – camera;

104 - поток расплавленного материала;104 - flow of molten material;

105 - высота расплавленного материала;105 - height of molten material;

106 - высота выпускного отверстия;106 - outlet height;

107 - парабола потока расплавленного материала;107 - parabola of the flow of molten material;

108 - расстояние вытекания;108 - outflow distance;

В - печь;B - oven;

α - абсолютная система координат;α - absolute coordinate system;

β - фотографическая система координат; β - photographic coordinate system;

α' - абсолютная система координат (Пример 2);α' - absolute coordinate system (Example 2);

β' - фотографическая система координат (Пример 2).β' - photographic coordinate system (Example 2).

Claims

1. A method for determining the position of a measured object by determining, from an image, the three-dimensional absolute position of a measurement point located on a given object to be measured, using a three-dimensional orthogonal coordinate system, characterized in that

measuring with the aid of a measuring device the relative position between the reference point and the camera, wherein the reference point is located in the same plane as the measurement point, and said plane is a plane that includes two of the three orthogonal axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system,

an image is obtained by forming an image of the measuring point using the said camera,

based on the specified image, three-dimensional coordinates of the relative position of the measurement point are calculated using the position of the lens of the specified camera as the origin of coordinates and

calculating a three-dimensional absolute position of the measurement point based on the specified relative position and the specified three-dimensional coordinates of the relative position.

2. The method according to item 1, in which

The measurement point is a point on the fluid located in the specified plane.

3. A method for determining the position of molten material based on an image of the three-dimensional absolute position of a measurement point located on the given molten material being drained from a furnace having a discharge opening at the bottom through which the molten material is drained, characterized in that the method according to item 1 or 2 is used.