CN101625555A - 钢卷步进移位防侧翻监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

一种自动化生产技术领域的一种钢卷步进移位防侧翻监控系统，包括：CCD摄像机、信号处理器、声光警示器。CCD摄像机安装于钢卷移动上方，光轴与水平线形成一定的角度以确保CCD摄像机的视场角能够覆盖所监视的钢卷全景。通过CCD摄像机对钢卷移动状态进行实时采像，将采集的钢卷移动状态图像输送至信号处理器，通过图像处理与智能识别运算就能够准确判断钢卷是否出现侧向偏差，或者超出侧向安全工作范围，以便向工作人员发出提示或警报，实现对钢卷移动姿态的有效监控。

Description

钢卷步进移位防侧翻监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及的是一种自动化技术领域的监控装置及监控方法，具体是一种钢卷步进移位防侧翻监控系统及其监控方法。

背景技术

在钢铁厂中，钢带经冷轧收卷后需要移位搬运，均采用步进梁将钢卷托起一步一步地移动至每个V型鞍座上，最终到达指定位置。由于在移动搬运过程中，受到钢卷重心偏差和步进梁承载面倾斜的影响，时常会出现某些钢卷严重偏离步进梁中轴线的现象。一旦出现这样情况，在步进梁再次托起的过程中就很有可能会发生钢卷侧翻的生产事故。为了避免这种事件的发生，以往是依靠人工肉眼观测的方法进行监视，结果费工、费力，又不可靠。因此，从生产实际出发，非常需要一种能够完全代替人工肉眼观测的全自动化、智能化的监控装置及其方法来解决当前在钢铁企业和钢材仓库所面临的技术难题。

经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利申请号02158692.6公开了一种物体空间位姿检测装置，属于精密自动测量装置，其由装在机器人末端的摄像机和超声传感器、计算机组成，摄像机和超声传感器由数据线与计算机中的图像采集卡和超声信息采集卡相连，机器人由控制总线与计算机相连。该技术采用摄像机和超声传感器结合技术来取代“双目视觉检测”未能显示其相对先进性，受超声能量损耗的限制，超声传感器对物体的传感被局限在较小的距离之内，而且就其总体算法来看，显得较为复杂和繁琐。

另经检索发现，中国发明专利申请号200710176450.6公开了一种属于运动物体测量设备的涉及非接触方式高精度测量的一种运动物体的瞬时姿态测量装置。该运动物体的瞬时姿态测量装置包括无源部分的反射镜，和有源部分的激光器、测量机构、计算装置及成像装置；其中：无源部分和有源部分中的一个被静止地固定，而另一个和被测量的运动物体固定。但该技术采用激光光学测量机构，机构极为复杂，造价昂贵。

另外，上述现有技术的适用范围也较为狭窄，更无法加以改进后移用到其它应用领域，当然也根本不具备对钢卷步进移位防侧翻监控的功能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种钢卷步进移位防侧翻监控系统及其监控方法，通过CCD摄像机对钢卷移动状态进行实时采像，将采集的钢卷移动状态图像送至信号处理器，通过图像处理与智能识别运算就能够准确判断钢卷是否出现侧向偏差，或者超出侧向安全工作范围，以便向工作人员发出提示或警报，实现对钢卷移动姿态的有效检控。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及钢卷步进移位防侧翻监控系统包括：CCD摄像机、信号处理器和声光警示器，其中：CCD摄像机安装于步进梁中轴线的上方，CCD摄像机的光轴处于通过步进梁中轴线的垂直立面上并与步进梁的中轴线相交，CCD摄像机正对钢卷，使得其视场角能够覆盖所监视的钢卷全景，CCD摄像机的输出接口与信号处理器的图像信号输入接口连接以输出钢卷移动实时姿态图像，信号处理器的数字信号输出接口与声光警示器的数字信号输入接口连接以输出监控指令和数字监控图像。

所述的CCD摄像机为电荷耦合图像传感摄像机。所述的声光警示器的数字信号输入接口包括：监控指令输入接口、监控图像输入接口。

所述的信号处理器包括：图像信号输入接口、模数转换模块、图像处理模块、监控指令输出接口和数字图像输出接口，其中：图像信号输入接口的输入端经视频电缆与CCD摄像机输出接口相连接收钢卷移动实时姿态图像，图像信号输入接口的输出端与模数转换模块的输入端连接，模数转换模块的输出端口与图像处理模块的输入端口连接以输出数字图像信号，图像处理模块的输出端口与监控指令输出接口和数字图像输出接口的输入端口连接用以输出监控指令和数字监控图像。

所述的数字图像输出接口与声光警示器的监控图像输入接口连接通过图像显示器输出数字监控图像向监控室工作人员提供现场实时视频图像以便人工观察现场钢卷步进移动的实况。

所述的图像处理模块包括：图像预处理子模块和智能识别运算子模块，其中：图像预处理子模块的输入端口与模数转换模块的输出端口连接以接收数字图像信号，图像预处理子模块的第一输出端口与智能识别运算子模块的输入端口连接以输出数字分割图像，图像预处理子模块的第二输出端口与数字图像输出接口的输入端口连接输出数字监控图像，智能识别运算子模块的输出端口与监控指令输出接口的输入端口连接输出监控指令。

所述的图像预处理子模块接收来自模数转换模块输出的CCD摄像机采集的钢卷移动实时姿态图像的数字图像信号，图像预处理子模块对来自模数转换模块的数字图像信号进行增强、畸变矫正和分割处理，将增强与畸变矫正后的数字图像通过其第二输出端口输至数字图像输出接口的输入端口，将分割处理后的数字分割图像通过其第一输出端口传输给智能识别运算子模块。

所述的智能识别运算子模块，根据数字分割图像运算出当前钢卷是否超出侧向移位的安全允许范围，并向声光警示器发送监控指令。

所述的声光警示器包括：监控指令输入接口、监控图像输入接口、译码器、数字语音模块、数模转换器、功率放大模块、扬声器、图像显示器、电子开关器和强光灯，其中：监控指令输入接口与信号处理器的监控指令输出接口连接将接收到的监控指令输入到译码器的输入端口，译码器的输出端口与数字语音模块的输入端口连接以传输解码信号，数字语音模块的输出端口与数模转换器的输入端口连接以传输数字语音信号，数模转换器的输出端口与功率放大模块的输入端口连接以传输模拟语音信号，功率放大后的语音信号通过功率放大模块的第一输出端口输至扬声器向外播放语音警示信号，同时由功率放大模块的第二输出端口输出开关控制信号至电子开关器用以开通强光灯向外发射强光警示信号；监控图像输入接口与信号处理器的数字图像输出接口连接直接接收数字监控图像；监控图像输入接口的输出端与图像显示器的输入接口连接用以显示数字监控图像。

本发明涉及上述钢卷步进移位防侧翻监控系统的监控方法，包括以下步骤：

第一步，将CCD摄像机安装于步进梁中轴线的上方，并设置CCD摄像机的光轴处于通过步进梁中轴线的垂直立面上并与步进梁的中轴线相交，然后开启CCD摄像机对钢卷区域进行实时跟踪，并将拍摄得到的钢卷移动实时姿态图像传输至信号处理器。

所述的钢卷移动实时姿态图像是指包含钢卷全部姿态的钢卷区域图，即能够全面观测钢卷移动的最小截图。

第二步，信号处理器的图像信号输入接口将钢卷移动实时姿态图像传输至模数转换模块，由模数转换模块将图像模拟信号转换为图像数字信号，再将得到的数字图像信号输出至图像预处理子模块依次进行信号增强、畸变矫正和纵向切割处理，得到增强矫正后的纵向切割图。

所述的纵向切割处理是指：对已经获得的钢卷区域图沿着步进梁中轴线将其切割，形成左、右两幅子图。当CCD摄像机遵照上述第一步的安装、设置方式时，纵向切割显得简捷、容易操作，沿着步进梁中轴线上点像素的列坐标即将钢卷区域图切割成左、右两幅子图。

第三步，预处理子模块将纵向切割图进行横向切割处理，得到数字分割图像后输送至智能识别运算子模块，智能识别运算子模块根据数字分割图像进行二值化处理后，再对二值化图像进行深化处理。

所述的横向切割处理是指从纵向切割图中针对每个钢卷的可见部分进行横向截取，依次获得每个钢卷可见部分的两半窗口视图。

所述的深化处理是指：采用数学形态学的方法对二值化图像的边缘进行锐化处理。

所述数学形态学，其原理是用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的，数学形态学的数学基础和所用语言是集合论，数学形态学能够简化图像数据，保持它们基本的形状特性，并除去不相干的结构，数学形态学是由一组形态学的代数运算子组成的，数学形态学的基本运算有四个：膨胀、腐蚀、开启和闭合，数学形态学分为二值形态学和灰度形态学两大类，它们在二值图像和灰度图像中各有特点，运用于二值图像的形态学称为二值形态学，运用于灰度图像的形态学称为灰度形态学，基于这些基本运算还可推导和组合成各种数学形态学实用算法，用它们可以进行图像形状和结构的分析及处理，包括图像分割、特征抽取、边界检测、图像滤波、图像增强和恢复等，数学形态学的算法具有天然的并行实现的结构，实现了形态学分析和处理算法的并行，大大提高了图像分析和处理的速度。

第四步，偏移判定处理，同时等待监控指令，并将监控指令和数字监控图像分别输出至声光警示器及其图像显示器。

第五步，控制人员根据声光警示器及其图像显示器输出的监控指令和数字监控图像对钢卷区域实现实时监控，当侧向偏差超出侧向安全工作范围时根据报警信息实施钢卷侧向位置矫正。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：CCD摄像机可以从钢卷传输线的一端沿着中轴线视场方向上监视所有钢卷在移动时的侧向移位状况。CCD摄像机采集的钢卷移动状态图像送入信号处理器，通过图像处理与智能识别运算就能够准确判断钢卷是否出现侧向偏差，或者超出侧向安全工作范围，以便向工作人员发出提示或警报，而且，正确率达到100％。

附图说明

图1为本发明系统结构框图。

图2为本发明中信号处理器结构示意图。

图3为本发明信号处理器中图像处理器模块结构示意图。

图4为本发明中声光警示器结构示意图。

图5为本发明中CCD摄像机设置方法示意图。

图6为本发明中图像处理与智能运算流程图。

图7为本发明中钢卷偏移判定子程序流程图。

图8为实施例图像处理示意图；

其中：a)为钢卷区域图纵向切割图；b)为钢卷区域图横向切割图；c)为钢卷区域图切割后灰度二值化处理效果图；d)为钢卷区域图切割二值化后再经形态学强化效果图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图5所示，本实施例包括：CCD摄像机1、信号处理器2和声光警示器3，其中：CCD摄像机1安装于步进梁5中轴线的上方，CCD摄像机1的光轴7处于通过步进梁5中轴线的垂直立面上并与步进梁5的中轴线相交，而且光轴7必须与水平线形成一定的角度8以确保CCD摄像机1的视场角能够覆盖所监视的钢卷4全景；CCD摄像机1的输出接口通过视频电缆线与信号处理器2的图像信号输入接口连接，信号处理器2的数字信号输出接口与声光警示器3的数字信号输入接口连接。钢卷4在步进梁6的推举下，从当前的V型鞍座6上被托起、向前移动一步，然后降落在前面的V型鞍座6上，此时，CCD摄像机1实时采集钢卷4移动状态图像，并将其输送至信号处理器2，经过信号处理器2中的图像处理模块能够准确判断钢卷4是否出现侧向偏差，或者超出侧向安全工作范围；一旦钢卷4在移动过程超出侧向安全工作范围，信号处理器2就会实时向声光警示器3发送控制指令，使得声光警示器3及时向生产现场和生产过程检控室发出声光警示信号，因此能够避免钢卷4侧翻事件的发生，保证了生产安全和劳动效率。

如图2、图3和图4所示，所述的信号处理器2包括：图像信号输入接口21、模数转换模块22、图像处理模块23、监控指令输出接口24和数字图像输出接口25，其中：图像信号输入接口21的输入端经视频电缆与CCD摄像机1输出接口相连接收钢卷移动实时姿态图像，图像信号输入接口21的输出端与模数转换模块22的输入端连接，模数转换模块22的输出端口与图像处理模块23的输入端口连接以输出数字图像信号，图像处理模块23的输出端口与监控指令输出接口24和数字图像输出接口25的输入端口连接用以输出监控指令和数字监控图像。

所述的数字图像输出接口25与声光警示器3的监控图像输入接口39连接，通过图像显示器40输出数字监控图像向监控室工作人员提供现场实时视频图像以便人工观察现场钢卷步进移动的实况。

如图3所示，所述的图像处理模块23包括：图像预处理子模块231和智能识别运算子模块232，其中：图像预处理子模块231的输入端口与模数转换模块22的输出端口连接以接收数字图像信号，图像预处理子模块231的第一输出端口与智能识别运算子模块232的输入端口连接以输出数字分割图像，图像预处理子模块231的第二输出端口与信号处理器2的数字图像输出接口25的输入端口连接，智能识别运算子模块232的输出端口与监控指令输出接口24的输入端口连接输出监控指令。

所述的图像预处理子模块231接收来自模数转换模块22输出的CCD摄像机1采集的钢卷移动实时姿态图像的数字图像信号，图像预处理子模块231对来自模数转换模块22的数字图像信号进行增强、畸变矫正和分割处理，将增强与畸变矫正后的数字图像通过其第二输出端口输至数字图像输出接口25的输入端口，将分割处理后的数字分割图像通过其第一输出端口传输给智能识别运算子模块232。

如图4所示，所述声光警示器3包括：监控指令输入接口31、译码器32、数字语音模块33、数模转换器34、功率放大模块35、扬声器36、电子开关器37、强光灯38、监控图像输入接口39、图像显示器40。其中：监控指令输入接口31的输出端与译码器32的输入端口连接，译码器32的输出端口与数字语音模块33的输入端口连接，数字语音模块33的输出端口与数模转换器34的输入端口连接，数模转换器34的输出端口与功率放大模块35的输入端口连接，功率放大模块35的第一输出端口与扬声器36的输入端口连接，功率放大模块35的第二输出端口与电子开关器37控制信号输入端口连接，电子开关器37的输出接口串接于强光灯38供电回路；监控图像输入接口39的输入端口与信号处理器2的数字图像输出接口25连接，监控图像输入接口39的输出端口与图像显示器40连接。当声光警示器3的输入接口31接收到控制指令代码后，经过译码器32的解释，链接数字语音模块33中的相关语音单元，将链接后的语音单元序列依次输至数模转换器34转换为语音模拟信号，再将语音模拟信号输至功率放大模块35经功率放大后驱动扬声器发出相应的语音；同时，功率放大模块35的第二输出端口向电子开关器37控制信号输入端口输出模拟电压信号，电子开关器37的导通使强光灯38电源接通，发出强烈耀眼的灯光。如：控制指令“0101”输出至声光警示器3时，声光警示器3根据指令代码获知“2”号钢卷4侧向偏移已经超出允许的安全工作范围，即向现场和监控室的工作人员发出“第2号钢卷侧向偏移处于危险状况，请注意及时纠正！”提示，同时让强光灯38发出强光警示。本发明系统一旦处于工作状态，由CCD摄像机1采集的钢卷移动实时姿态图像经过模数转换模块22的模数转换，再经图像预处理子模块231的数字图像信号增强和畸变矫正后，经信号处理器2的数字图像输出接口25输入声光警示器3的监控图像输入接口39直至图像显示器40向控制人员提供数字监控图像。

如图6和图7所示为本实施例所述系统的监控步骤，具体包括：

第一步，将CCD摄像机安装于步进梁中轴线的上方，并设置CCD摄像机的光轴处于通过步进梁中轴线的垂直立面上并与步进梁的中轴线相交，然后开启CCD摄像机对钢卷区域进行实时跟踪，并将拍摄得到的钢卷移动实时姿态图像传输至信号处理器。

所述的钢卷移动实时姿态图像是指包含钢卷全部姿态的钢卷区域图。

第二步，信号处理器的图像信号输入接口将钢卷移动实时姿态图像传输至模数转换模块，由模数转换模块将图像模拟信号转换为图像数字信号，再将得到的数字图像信号输出至图像预处理子模块依次进行信号增强、畸变矫正和纵向切割处理，得到增强矫正后的纵向切割图。

本实施例中所述的纵向切割处理具体步骤为：

2.1.在增强与畸变矫正后的钢卷区域数字图像中选取步进梁中轴线上任意两个像素坐标；

2.2.以选取的两个像素坐标建立直线方程；

2.3.利用包含步进梁中轴线点坐标的直线将钢卷区域数字图像切割成左、右两幅子图。

当CCD摄像机遵照上述第一步的安装、设置方式时，只要沿着步进梁中轴线上任意点像素的列坐标即将钢卷区域图切割成左、右两幅子图。

第三步，预处理子模块将纵向切割图再进行横向切割处理，得到纵、横切割后的数字分割图像后输送至智能识别运算子模块，智能识别运算子模块根据数字分割图像进行二值化处理后，再对二值化图像进行深化处理。

所述的对二值化图像进行深化处理的具体步骤为：

3.1.选取多结构元素，令图像中心点为坐标原点(x₀，y₀)，则方形结构元素矩阵为B_i＝{f(x+x₀，y+y₀)，θ_i＝i×α|-N≤x₀，y₀≤N}，其中：B_i＝B_i(s，t)，i＝0，1，2，...4N-1，N为自然数，(s，t)为矩阵二维像素坐标，α＝180°/4N，θ_i是结构元素在矩阵中形成的方向角，简称方向角；

3.2.对图像进行数据变换：用B＝B(s，t)结构元素对转换后的灰度图像在(x，y)点的灰度值f＝f(x，y)输入图像进行灰度膨胀运算

膨胀运算的定义公式为：

$(f\⊕B)(x,y)=\max \{f(s-x,t-y)+B(s,t)|(s-x,t-y)\∈D_f\mathrm{and}(s,t)\∈D_B\}$

再用B的结构元素对f的输入图像进行灰度腐蚀运算fΘB，腐蚀运算的定义公式为：

(fΘB)(x，y)＝min{f(x+s，y+t)-B(s，t)|(s+x，t+y)∈D_fand(s，t)∈D_B}上述两公式中，D_f、D_B分别是f与B的定义域，

再对上述膨胀和腐蚀运算进行结合得到形态学梯度g_i(f)，运算公式为：

$g_i\left(f\right)=(f\⊕B)-\left(\mathrm{f\ΘB}\right)$

其中：i与B_i中i的取值相对应；

3.3.对形态学梯度g_i(f)进行加权合成，获得合成后的形态学梯度

$\hat{g}\left(f\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{g}_i\left(f\right)$

其中：i＝1，2，...M，M是方形结构元的个数，ω_i是边缘检测中不同方向角的权重；

3.4.对合成后的形态学梯度

进行基于统计学原理的二值化处理：

首先，计算灰度图像帧平均灰度值A_gray，再以3×3像素小区域为单位计算该区域中九个像素灰度a_i的平均值main：

$\mathrm{main}=\frac{1}{9}\underset{i=1}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i$

然后，逐一计算该像素小区域灰度的平均方差e_A

$e_A=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{main}-a_i)}^2}$

最后，逐一将像素小区域灰度平均方差e_A与灰度图像帧平均灰度值A_gray进行比较，按下式确定该像素小区域取1或0：

$F(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1& {\stackrel{\‾}{A}}_{\mathrm{gray}}\≤n\·e_A\\ 0& {\stackrel{\‾}{A}}_{\mathrm{gray}}>n\·e_A\end{array}\right.$

其中：F(x，y)为灰度图像f(x，y)所对应的二值化图像，n为倍数，由实验确定。

第四步，偏移判定处理，同时等待监控指令，并将监控指令和数字监控图像分别输出至声光警示器及其图像显示器。

所述偏移判定的具体步骤为：

4.1.钢卷子区域图像的左、右边界离纵向切割线的最大距离分别为L_f和L_r满足以下公式时，才能保证钢卷处于稳定状态，即不会发生侧翻事故：

|L_f-L_r|＜W_B    (公式一)

其中：步进梁宽度为W_B。

4.2.为了提高可靠性，实际操作过程必须对公式一增加一个冗余量，即

|L_f-L_r|≤W_B-A    (公式二)

其中：A为钢卷稳定裕量，单位为空间尺度mm。

4.3.令W_B-A＝W，W为每个钢卷允许偏差宽度，公式二化简为：

|L_f-L_r|≤W    (公式三)

4.4.根据每个钢卷允许偏差宽度W在相应子区域中的对应像素数P_i，建立像素数和空间尺度的比例关系β_i

${\mathrm{\β}}_i=\frac{P_i}{W}$ (公式四)

其中：i为钢卷的随机编号，i＝1，2，3，K N，N为所有钢卷的总数。

4.5.从而建立左、右边界在子区域中的空间尺度分别为L_fi和L_ri与其所对应的像素数p_fi和p_ri之间的关系，即

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{fi}}=\frac{p_{\mathrm{fi}}}{{\mathrm{\β}}_i}\\ L_{\mathrm{ri}}=\frac{p_{\mathrm{ri}}}{{\mathrm{\β}}_i}\end{array}\right.$ (公式五)

4.6.由公式四、公式五代入公式三得

$\left|\frac{p_{\mathrm{fi}}-p_{\mathrm{ri}}}{{\mathrm{\β}}_i}\right|\≤\frac{P_i}{{\mathrm{\β}}_i}$ (公式六)

即

|p_fi-p_ri|≤P_i    (公式七)

公式七就是监控钢卷临界侧翻的判据，即以步进梁中轴线为准，观测各个子区域中钢卷两侧像素数p_fi和p_ri之差是否小于等于对应子区域中步进梁宽度像素数P_i，即可判定当前钢卷是否处于稳定状态；

当|p_fi-p_ri|＞P_i，就表明第i号区域中的钢卷已经处于不稳定状态，有可能出现侧翻、倒伏现象，此时，系统立即发出报警信号以提示现场和控制室工作人员注意并采取有效矫正措施。

第五步，控制人员根据声光警示器及其图像显示器输出的监控指令和数字监控图像对钢卷区域实现实时监控，当侧向偏差超出侧向安全工作范围时根据报警信息实施钢卷侧向位置矫正。

某轧钢车间按照上述技术说明，构建并安装本发明系统，采用一个CCD摄像机即可将整个钢卷步进移动线上的景象全部被CCD摄像机的视场角所覆盖；在钢卷被步进梁托举、移动、放下的过程中，CCD摄像机实时采集钢卷的姿态图像，经信号处理器的图像处理和智能运算，本发明系统准确监控视场内每个钢卷的侧向偏移状况，一旦发现第i个钢卷出现|p_fi-p_ri|＞P_i，系统立即发出报警信号，准确率达到100％，因此避免所有可能的钢卷侧向倒伏事件的发生。

Claims (10)

1、一种钢卷步进移位防侧翻监控系统，包括：CCD摄像机、信号处理器和声光警示器，其特征在于：CCD摄像机安装于步进梁中轴线的上方，CCD摄像机的光轴处于通过步进梁中轴线的垂直立面上并与步进梁的中轴线相交，CCD摄像机正对钢卷，使得其视场角能够覆盖所监视的钢卷全景，CCD摄像机的输出接口与信号处理器的图像信号输入接口连接以输出钢卷移动实时姿态图像，信号处理器的数字信号输出接口与声光警示器的数字信号输入接口连接以输出监控数据和数字监控图像。

2、根据权利要求1所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统，其特征是，所述的信号处理器包括：图像信号输入接口、模数转换模块、图像处理模块、监控指令输出接口和数字图像输出接口，其中：图像信号输入接口的输入端经视频电缆与CCD摄像机输出接口相连接收钢卷移动实时姿态图像，图像信号输入接口的输出端与模数转换模块的输入端连接，模数转换模块的输出端口与图像处理模块的输入端口连接以输出数字图像信号，图像处理模块的输出端口与监控指令输出接口和数字图像输出接口的输入端口连接用以输出监控指令和数字监控图像。

3、根据权利要求1所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统，其特征是，所述的图像处理模块包括：图像预处理子模块和智能识别运算子模块，其中：图像预处理子模块的输入端口与模数转换模块的输出端口连接以接收数字图像信号，图像预处理子模块的第一输出端口与智能识别运算子模块的输入端口连接以输出数字分割图像，图像预处理子模块的第二输出端口与数字图像输出接口的输入端口连接输出数字监控图像，智能识别运算子模块的输出端口与监控指令输出接口的输入端口连接输出监控指令。

4、根据权利要求3所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统，其特征是，所述的图像预处理子模块接收来自模数转换模块输出的CCD摄像机采集的钢卷移动实时姿态图像的数字图像信号，图像预处理子模块对来自模数转换模块的数字图像信号进行增强、畸变矫正和分割处理，将增强与畸变矫正后的数字图像通过其第二输出端口输至数字图像输出接口的输入端口，将分割处理后的数字分割图像通过其第一输出端口传输给智能识别运算子模块。

5、根据权利要求3所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统，其特征是，所述的智能识别运算子模块，根据数字分割图像运算出当前钢卷是否超出侧向移位的安全允许范围，并向声光警示器发送监控指令。

6、根据权利要求1所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统，其特征是，所述的声光警示器包括：监控指令输入接口、监控图像输入接口、译码器、数字语音模块、数模转换器、功率放大模块、扬声器、图像显示器、电子开关器和强光灯，其中：监控指令输入接口与信号处理器连接将接收到的监控指令输入到译码器的输入端口，译码器的输出端口与数字语音模块的输入端口连接以传输解码信号，数字语音模块的输出端口与数模转换器的输入端口连接以传输数字语音信号，数模转换器的输出端口与功率放大模块的输入端口连接以传输模拟语音信号，功率放大后的语音信号通过功率放大模块的第一输出端口输至扬声器向外播放语音警示信号，同时由功率放大模块的第二输出端口输出开关控制信号至电子开关器用以开通强光灯向外发射强光警示信号；监控图像输入接口与信号处理器连接直接接收数字监控图像；监控图像输入接口的输出端与图像显示器的输入接口连接用以显示数字监控图像。

7、一种根据权利要求1所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将CCD摄像机安装于步进梁中轴线的上方，并设置CCD摄像机的光轴处于通过步进梁中轴线的垂直立面上并与步进梁的中轴线相交，然后开启CCD摄像机对钢卷区域进行实时跟踪，并将拍摄得到的钢卷移动实时姿态图像传输至信号处理器；

第二步，信号处理器的图像信号输入接口将钢卷移动实时姿态图像传输至模数转换模块，由模数转换模块将图像模拟信号转换为图像数字信号，再将得到的数字图像信号输出至图像预处理子模块依次进行信号增强、畸变矫正和纵向切割处理，得到增强矫正后的纵向切割图；

第三步，预处理子模块将纵向切割图进行横向切割处理，得到数字分割图像后输送至智能识别运算子模块，智能识别运算子模块根据数字分割图像进行二值化处理后，再对二值化图像进行深化处理；

第四步，偏移判定处理，同时等待监控指令，并将监控指令和数字监控图像分别输出至声光警示器及其图像显示器；

第五步，控制人员根据声光警示器及其图像显示器输出的监控指令和数字监控图像对钢卷区域实现实时监控，当侧向偏差超出侧向安全工作范围时根据报警信息实施钢卷侧向位置矫正。

8、根据权利要求7所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统的监控方法，其特征是，所述的纵向切割处理是指：对已经获得的钢卷区域图沿着步进梁中轴线将其切割，形成左、右两幅子图，当CCD摄像机遵照上述第一步的安装、设置方式时，纵向切割显得简捷、容易操作，沿着步进梁中轴线上点像素的列坐标即将钢卷区域图切割成左、右两幅子图。

9、根据权利要求7所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统的监控方法，其特征是，所述的横向切割处理是指：从纵向切割图中针对每个钢卷的可见部分进行横向截取，依次获得每个钢卷可见部分的两半窗口视图。

10、根据权利要求7所述的钢卷步进移位防侧翻监控系统的监控方法，其特征是，所述的偏移判定的具体步骤为：

步骤一.钢卷子区域图像的左、右边界离纵向切割线的最大距离分别为L_f和L_r满足以下公式时，才能保证钢卷处于稳定状态，即不会发生侧翻事故：

|L_f-L_r|＜W_B            (公式一)

其中：步进梁宽度为W_B；

步骤二.对公式一增加一个冗余量，即

|L_f-L_r|≤W_B-A         (公式二)

其中：A为钢卷稳定裕量，单位为空间尺度mm；

步骤三.令W_B-A＝W，W为每个钢卷允许偏差宽度，公式二化简为：

|L_f-L_r|≤W            (公式三)

步骤四.根据每个钢卷允许偏差宽度W在相应子区域中的对应像素数P_i，建立像素数和空间尺度的比例关系β_i

${\mathrm{\β}}_i=\frac{P_i}{W}$ (公式四)

其中：i为钢卷的随机编号，i＝1，2，3，K N，N为所有钢卷的总数；

步骤五.从而建立左、右边界在子区域中的空间尺度分别为L_fi和L_ri与其所对应的像素数p_fi和p_ri之间的关系，即

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{fi}}=\frac{p_{\mathrm{fi}}}{{\mathrm{\β}}_i}\\ L_{\mathrm{ri}}=\frac{p_{\mathrm{ri}}}{{\mathrm{\β}}_i}\end{array}\right.$ (公式五)

步骤六.由公式四、公式五代入公式三得

$\left|\frac{p_{\mathrm{fi}}-p_{\mathrm{ri}}}{{\mathrm{\β}}_i}\right|\≤\frac{P_i}{{\mathrm{\β}}_i}$ (公式六)

即|p_fi-p_ri|≤P_i                 (公式七)

公式七就是监控钢卷临界侧翻的判据，即以步进梁中轴线为准，观测各个子区域中钢卷两侧像素数p_fi和p_fi之差是否小于等于对应子区域中步进梁宽度像素数P_i，即可判定当前钢卷是否处于稳定状态；

当|p_fi-p_ri|＞P_i，就表明第i号区域中的钢卷已经处于不稳定状态，有可能出现侧翻、倒伏现象，此时，系统立即发出报警信号以提示现场和控制室工作人员注意并采取有效矫正措施。

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