本發(fā)明涉及煤礦監(jiān)控，尤其涉及一種攝像頭自清潔系統(tǒng)及其自清潔方法。

背景技術(shù)：

1、煤礦行業(yè)中因安全生產(chǎn)的需求會(huì)在井下安裝有大量的監(jiān)控?cái)z像頭用于實(shí)時(shí)監(jiān)控井下生產(chǎn)環(huán)境保證生產(chǎn)的有序進(jìn)行。但在井下部分場景里空氣中會(huì)短期、大量存在煙塵、煤灰或水蒸氣，這些煙塵或煤灰會(huì)附著、堆積在監(jiān)控?cái)z像頭鏡頭表面造成畫面模糊或昏暗進(jìn)而影響地面人員對井下真實(shí)環(huán)境的判斷。常規(guī)監(jiān)控?cái)z像頭沒有臟污識別及自動(dòng)清潔功能不能實(shí)現(xiàn)對于鏡頭臟污的自主識別與自動(dòng)清潔。因煤礦行業(yè)為特殊作業(yè)場景監(jiān)控?cái)z像頭安裝位置也較為多樣，對于安裝高度較高監(jiān)控?cái)z像頭的清潔工作屬于高空作業(yè)范疇，煤礦行業(yè)中對于高空作業(yè)有著明確、嚴(yán)格的安全規(guī)范操作守則，在采用人工清理方式對監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行清潔時(shí)整個(gè)流程較為繁瑣同時(shí)也會(huì)花費(fèi)大量的人力且效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明技術(shù)方案針對現(xiàn)有技術(shù)解決方案過于單一的技術(shù)問題，提供了顯著不同于現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，本發(fā)明實(shí)施例提供一種攝像頭自清潔系統(tǒng)及其自清潔方法，以解決現(xiàn)有的攝像頭在使用時(shí)，表面存在灰塵無法處理的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例采用下述技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種攝像頭自清潔系統(tǒng)，包括：

4、圖像采集與傳輸模塊，通過污垢檢測攝像頭采集監(jiān)控?cái)z像組件表面的實(shí)時(shí)視頻流數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到配套上位機(jī)，所述污垢檢測攝像頭分布于監(jiān)控?cái)z像組件外側(cè)；

5、圖像識別與判斷模塊，設(shè)置于上位機(jī)中，用于從實(shí)時(shí)視頻流數(shù)據(jù)中獲取當(dāng)前時(shí)刻監(jiān)控?cái)z像組件表面的圖像信息，并進(jìn)行識別判斷，判斷監(jiān)控?cái)z像組件表面是否存在污垢；

6、清潔控制模塊，當(dāng)圖像識別與判斷模塊判斷監(jiān)控?cái)z像組件表面存在污垢時(shí)，上位機(jī)通過清潔控制模塊發(fā)送自動(dòng)清潔信號至攝像頭自清潔裝置，進(jìn)而控制清潔機(jī)構(gòu)對所述監(jiān)控?cái)z像組件表面進(jìn)行自動(dòng)清潔。

7、在第一方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述圖像識別與判斷模塊包括：

8、圖像獲取單元，用于從實(shí)時(shí)視頻流數(shù)據(jù)中獲取當(dāng)前時(shí)刻的圖像幀；

9、圖像預(yù)處理單元，對捕獲到的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行去噪、灰度化和增強(qiáng)處理；

10、圖像配準(zhǔn)單元，將預(yù)處理后的實(shí)時(shí)圖像與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；

11、像素級比較與差異度量單元，對配準(zhǔn)后的實(shí)時(shí)圖像和基準(zhǔn)圖像進(jìn)行像素級別的比較，計(jì)算每個(gè)對應(yīng)像素點(diǎn)之間的差異值，并統(tǒng)計(jì)整幅圖像的差異程度數(shù)值；

12、污垢程度判斷單元，設(shè)定閾值，根據(jù)計(jì)算得到的差異值判斷圖像的污垢程度，若差異值超過閾值，則判定監(jiān)控?cái)z像組件表面存在污垢，否則判定為清潔。

13、在第一方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述清潔控制模塊包括：

14、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于為清潔部件提供動(dòng)力并控制其運(yùn)動(dòng)；

15、清潔機(jī)構(gòu)，用于在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下對所述監(jiān)控?cái)z像組件表面進(jìn)行自動(dòng)清潔處理，其包括轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)于所述監(jiān)控?cái)z像組件外表面的弧形外殼，所述弧形外殼內(nèi)設(shè)置有清潔部件，所述清潔部件用于對所述監(jiān)控?cái)z像組件表面進(jìn)行自動(dòng)清潔。

16、在第一方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述弧形外殼兩端開設(shè)有插入槽，所述監(jiān)控?cái)z像組件外側(cè)分布有污垢檢測攝像頭，所述監(jiān)控?cái)z像組件上設(shè)置有避讓偏轉(zhuǎn)槽；

17、和/或，所述弧形外殼貼合監(jiān)控?cái)z像組件表面，且弧形外殼內(nèi)部為中空設(shè)置，所述弧形外殼端部開設(shè)有出塵槽；

18、和/或，所述插入槽通過兩個(gè)相鄰的圓形孔組合而成，且所述插入槽內(nèi)表面為弧形設(shè)置。

19、在第一方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部輸出端設(shè)置有連接軸，所述連接軸上開設(shè)有連接槽，所述連接槽中設(shè)置有插入塊，所述插入塊與連接軸之間設(shè)置有復(fù)位彈簧；

20、所述插入塊和連接軸的構(gòu)成外形與插入槽內(nèi)部形狀相同，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸外側(cè)設(shè)置有傳動(dòng)齒條，所述傳動(dòng)齒條內(nèi)側(cè)設(shè)置有錐形傳動(dòng)軸，所述錐形傳動(dòng)軸上設(shè)置有棘輪傳動(dòng)軸，所述錐形傳動(dòng)軸貫穿弧形外殼，所述錐形傳動(dòng)軸端部連接有第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述連接軸末端設(shè)置有配合軸。

21、在第一方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述清潔機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)位于所述弧形外殼兩端的錐形傳動(dòng)軸，兩個(gè)所述錐形傳動(dòng)軸之間設(shè)置有第二傳動(dòng)帶，所述第二傳動(dòng)帶上設(shè)置有若干彈性連接座，每個(gè)彈性連接座上設(shè)置有清潔部件，所述傳動(dòng)帶的外側(cè)設(shè)置有拍打桿。

22、在第一方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述拍打桿通過第三傳動(dòng)帶與配合軸連接，所述棘輪傳動(dòng)軸通過第二傳動(dòng)帶與配合軸連接；

23、和/或，所述第二傳動(dòng)帶和第三傳動(dòng)帶錯(cuò)位設(shè)置；

24、和/或，所述拍打桿呈絞龍狀，所述拍打桿上絞龍葉片上開設(shè)有若干開口槽，且拍打桿位置與清潔部件位置對應(yīng)。

25、第二方面，本發(fā)明提供了一種攝像頭自清潔方法，采用上述攝像頭自清潔系統(tǒng)，包括以下步驟：

26、圖像采集與傳輸：通過污垢檢測攝像頭采集實(shí)時(shí)視頻流數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到配套上位機(jī)；

27、圖像識別判斷：從實(shí)時(shí)視頻流數(shù)據(jù)中獲取當(dāng)前時(shí)刻監(jiān)控?cái)z像組件表面的圖像信息，并進(jìn)行識別判斷，判斷監(jiān)控?cái)z像組件表面是否存在污垢；

28、清潔觸發(fā)與執(zhí)行：若判定監(jiān)控?cái)z像組件表面存在污垢，上位機(jī)通過清潔控制模塊發(fā)送自動(dòng)清潔信號至攝像頭自清潔裝置，進(jìn)而控制清潔機(jī)構(gòu)對所述監(jiān)控?cái)z像組件表面進(jìn)行自動(dòng)清潔。

29、在第二方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，所述清潔觸發(fā)與執(zhí)行步驟包括：

30、s1:捕獲實(shí)時(shí)圖像：從實(shí)時(shí)視頻流數(shù)據(jù)中獲取當(dāng)前時(shí)刻的圖像幀；

31、s2:圖像預(yù)處理：對捕獲到的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行去噪、灰度化和增強(qiáng)處理；

32、s3:圖像配準(zhǔn)：將預(yù)處理后的實(shí)時(shí)圖像與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；

33、s4:像素級比較與差異度量：對配準(zhǔn)后的實(shí)時(shí)圖像和基準(zhǔn)圖像進(jìn)行像素級別的比較，計(jì)算每個(gè)對應(yīng)像素點(diǎn)之間的差異值，并統(tǒng)計(jì)整幅圖像的差異程度數(shù)值；

34、s5:污垢程度判斷：設(shè)定閾值，根據(jù)計(jì)算得到的差異值判斷圖像的污垢程度，若差異值超過閾值，則判定監(jiān)控?cái)z像組件表面存在污垢，否則判定為清潔。

35、在第二方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，在所述圖像預(yù)處理步驟中，去噪處理采用中值濾波、均值濾波或高斯濾波中的一種或多種方法；

36、和/或，在所述圖像配準(zhǔn)步驟中，采用基于特征點(diǎn)匹配或基于互信息的圖像配準(zhǔn)算法；

37、和/或，在所述圖像配準(zhǔn)步驟中，采用基于特征點(diǎn)匹配或基于互信息的圖像配準(zhǔn)算法；

38、和/或，在所述像素級比較與差異度量步驟中，差異度量方法采用計(jì)算像素值的差值絕對值之和或均方誤差。

39、在第二方面可實(shí)現(xiàn)的方式中，還包括以下步驟：

40、清潔部件自清潔：當(dāng)弧形外殼復(fù)位后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，插入塊從插入槽推出，連接軸自轉(zhuǎn)，配合軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第三傳動(dòng)皮帶帶動(dòng)拍打桿轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過第一傳動(dòng)帶經(jīng)棘輪傳動(dòng)軸使第二傳動(dòng)帶繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，拍打桿與清潔部件運(yùn)動(dòng)軌跡相反，二者接觸時(shí)，拍打桿對清潔部件剮蹭，清潔部件底部彈性連接座形變并復(fù)位產(chǎn)生抖動(dòng)效果，實(shí)現(xiàn)清潔部件自動(dòng)清潔；

41、和/或，在所述清潔觸發(fā)與執(zhí)行步驟中，當(dāng)弧形外殼偏轉(zhuǎn)到一定角度后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)弧形外殼復(fù)位。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于：

43、其一，本發(fā)明通過先進(jìn)的圖像采集與處理技術(shù)，污垢檢測攝像頭配合圖像識別與判斷模塊，能夠精確捕捉攝像頭鏡頭表面的污垢情況。采用多步驟的圖像分析流程，從圖像獲取、預(yù)處理、配準(zhǔn)到像素級比較與差異度量，再依據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)定的閾值判斷污垢程度，有效避免誤判，確保只有在鏡頭污垢達(dá)到影響成像質(zhì)量的程度時(shí)才觸發(fā)清潔程序，節(jié)省能源與資源，維持?jǐn)z像頭持續(xù)高效工作。例如在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境中，精準(zhǔn)識別煤灰、煙塵等污垢，使監(jiān)控畫面始終清晰可靠，為安全生產(chǎn)提供精準(zhǔn)視覺支持。

44、其二，清潔控制模塊驅(qū)動(dòng)清潔機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化清潔。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)清潔部件，其獨(dú)特設(shè)計(jì)的弧形外殼與內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)協(xié)作，使清潔部件呈多維度運(yùn)動(dòng)軌跡?；⌒瓮鈿?dòng)清潔部件圓周運(yùn)動(dòng)同時(shí)，自身傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)清潔部件直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，交錯(cuò)軌跡全面覆蓋鏡頭，無清潔死角，高效去除頑固污垢，顯著提升清潔效率，縮短清潔時(shí)間，降低人工清潔成本與風(fēng)險(xiǎn)，保障攝像頭長期穩(wěn)定運(yùn)行。

45、其三，在使用的過程中通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和清潔部件的配合使用，使得弧形外殼帶動(dòng)清潔部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)清潔部件整體呈現(xiàn)出兩種運(yùn)動(dòng)軌跡交錯(cuò)運(yùn)行，使得在進(jìn)行清掃時(shí)，可以極大的降低清潔死角的出現(xiàn)，并且多角度的清潔，去除灰塵效果更好。

46、其四，當(dāng)清潔部件清理完成復(fù)位后，拍打桿與清潔部件特殊設(shè)計(jì)的協(xié)同機(jī)制，通過絞龍狀結(jié)構(gòu)與彈性連接座，有效清除清潔部件刷毛殘留污垢，防止污垢積累影響下次清潔效果與部件壽命?；⌒瓮鈿ぶ锌张c出塵槽設(shè)計(jì)，收集排出灰塵，維持系統(tǒng)內(nèi)部清潔，避免二次污染與部件磨損，延長系統(tǒng)整體使用壽命，降低運(yùn)營成本與更換頻率。

47、綜上所述，該攝像頭自清潔系統(tǒng)及方法具有多方面顯著技術(shù)效果。精準(zhǔn)的污垢識別與高效自動(dòng)清潔機(jī)制，借由多模塊協(xié)同及獨(dú)特清潔部件軌跡，提升清潔效率、降低死角，確保監(jiān)控畫面清晰，為安全生產(chǎn)供可靠視覺支撐。系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，部件緊密協(xié)作、自清潔功能佳，延長使用壽命、減少維修成本。