CN101900527B - 一种货车车厢体积测量系统及方法 - Google Patents

一种货车车厢体积测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种货车车厢体积测量系统及方法，该系统包括两组检测装置和一组传感器，每组检测装置均包括一个摄像机和一个激光器；检测装置的摄像机和激光器分别通过数据线和数据线与计算机控制连接；传感器依次间隔设于检测区域进口与出口之间的固定支架上，且各传感器的信号输出端均与计算机的控制输入端相连。本发明采用摄像机、激光器和传感器相结合，组成体积测量系统，可以实现货车体积的快速精确测量，极大的提高了检测效率，使操作人员从繁琐的操作中解放出来，自动化程度较高；另外，本系统采用积分的方法进行货车车厢体积测量计算，对于外形比较复杂的车辆也能实现精确测量。

Description

一种货车车厢体积测量系统及方法
技术领域
本发明涉及一种货车车厢体积测量系统及方法，尤其涉及一种激光快速扫描的货车车厢体积测量系统及方法。
背景技术
目前高速公路收费站对于货车车厢体积的测量，一般是采用人工测量的方法，分别量出车辆的长宽高，再计算出车辆的体积。采用这种人工测量的方法，操作人员的工作量较大，测量精度难以保证，特别是在车流量大、外界天气条件恶劣等情况下，操作人员的工作强度较大。因此，采用高精度的自动化检测系统和方法非常有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光快速扫描的货车车厢体积测量系统，以减轻现有人工测量方式所带来的工作强度大等问题，同时提供一种利用激光快速扫描的货车车厢体积测量系统进行测量的方法。
为实现上述目的，本发明提供的货车车厢体积测量系统的技术方案如下：一种货车车厢体积测量系统，该系统包括两组检测装置和一组传感器，每组检测装置均包括一个摄像机和一个激光器，第一组检测装置用于安装在检测区域上端入口处，第二组检测装置用于安装在检测区域内侧面；所述检测装置的摄像机和激光器分别通过数据线和数据线与计算机控制连接；所述传感器依次间隔设于检测区域进口与出口之间的固定支架上，且各传感器的信号输出端均与计算机的控制输入端相连。
所述两检测装置中的摄像机分别安装在摄像云台内，所述摄像云台通过云台控制线与云台控制器控制连接。
所述两检测装置中的激光器分别安装在球形云台内，所述摄像云台通过云台控制线与云台控制器控制连接。
所述传感器为光电传感器。
本发明提供的货车车厢体积测量方法的技术方案如下：一种货车车厢体积测量方法，包括以下步骤：
（1）在检测区域的上端入口处和检测区域内各设置一组摄像机和激光器，且各摄像机和激光器均与计算机控制连接；在检测区域的进口和出口之间的固定支架上间隔设置一组传感器；
（2）待检货车进入测量区域时，进口传感器给计算机输出“检测”信号，同时触发各摄像机和激光器进行工作和信息采集： 
（3）检测过程中，货车保持匀速前进；顶面摄像机和顶面激光器采集车体顶部截面面积的数字图像数据信息；侧面摄像机和侧面激光器检测车长度和货车厢离地面的高度数字图像数据信息；
（4）当货车尾部完全离开时，进口传感器给计算机发出“检测完毕”信号，计算机关闭各摄像机和激光器，停止信息采集；
（5）各摄像机将各自采集到的数字图像信息传到计算机系统，计算机经过计算分析得到车厢的体积数据。
步骤（3）中采集车体顶部截面面积的数字图像数据信息和车长度和货车厢离地面的高度数字图像数据信息的过程如下：
<1>对顶面摄像机和顶面激光器以及侧面摄像机和侧面激光器分别标定，建立激光面与摄像机之间的相对位姿，通过这个位姿，可以把图像坐标最终还原成世界坐标，即所需获取的实际测量数据；
<2>顶面激光器和侧面激光器发射出的激光分别打在货车顶部和侧面，形成激光面，当货车进入到已标定好的激光面中，将与激光面相切得到变形光条；
<3>分别通过顶面摄像机和侧面摄像机拍摄变形光条，得到光条图像，通过一定的细化与拟合算法可以把光条变成一条曲线；
<4>获取图像中曲线的图像坐标，用标定得到的位姿，把曲线的图像坐标还原成实际的世界坐标，即实际测量数据，从而得到该截面各点实际的宽度和高度数据，即可得到截面的面积                                                和货车车厢的实际长度L。
车厢体积数据的计算过程如下：
①计算在货车匀速通过的情况下，每次激光器每次扫描的移动距离△L=L/k；
上式中，L是货车车厢的实际长度；k为扫描幅数；
②利用图像处理方法，分割出货车车头和车体的部分，截取货车的车厢部分的截面数据，那么货车车厢的体积
Figure 229547DEST_PATH_IMAGE002
；
上式中，
Figure 534758DEST_PATH_IMAGE003
是货车截面的面积。
本发明采用摄像机、激光器和传感器相结合，组成体积测量系统，可以实现货车体积的快速精确测量，极大的提高了检测效率，使操作人员从繁琐的操作中解放出来，自动化程度较高；另外，本系统采用积分的方法进行货车车厢体积测量计算，对于外形比较复杂的车辆也能实现精确测量，对于提升高速公路收费站的自动化检测手段，提高检测效率，具有重要的现实意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明体积测量系统的原理图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步介绍。
如图1所示为本发明货车车厢体积测量系统的一种实施例的结构示意图，由图可知，本发明的体积测量系统在位于检测区域上面入口处设有顶面激光器1和顶面摄像机2，在检测区域的内侧面的固定支架上设有侧面摄像机4和侧面激光器5，在检测区域的进口和出口之间侧面的固定支架上间隔设有一组光学传感器（本实施例为4个）：第一传感器3、第二传感器7、第三传感器8、第四传感器9，四个传感器主要实现车辆长度范围的确定。本实施例的两摄像机分别安装在2个枪式云台内，可以通过云台控制器进行摄像机俯仰和水平角度的调整；两激光器分别安装在2个球形云台内，通过云台控制器进行激光器俯仰和水平角度的调整。
如图2所示为本发明光学体积测量系统的原理图，由图可知，两组摄像机和激光器分别通过摄像机数据线和控制线与计算机连接，摄像云台和球形云台均由云台24V变压器供电，并通过云台控制线与云台控制器连接；四个光电传感器的信号输出端均与计算机的控制输入端连接。
本发明的工作过程和方法如下：在测量阶段，待检车辆6在进入检测区域时，第一传感器3输出高电平，利用该电平信号触发顶面摄像机2进行采集，开启光学体积测量系统，采集货车的图像数据。测量过程中货车保持匀速。由顶面摄像机2得到车体截面的面积，侧面摄像机4得到车长度、货车厢离地面的高度。当货车尾部离开第一传感器3时，触发信号被置为低电平，关闭测量系统，顶面摄像机2停止采集。
货车通过光学体积测量系统后，摄像机也把采集到的数字图像信息传到计算机系统，计算机以Halcon软件中三维测量算法模块和NI LabVIEW Vision模块为依托，计算出货车车厢的体积。
本发明一种货车车厢体积测量方法的具体实施例的原理步骤如下：
（1）对顶面摄像机2和顶面激光器1分别标定，建立激光面与摄像机之间的相对位姿。通过这个位姿，可以把图像坐标最终还原成世界坐标，即所需获取的实际测量数据。
激光器1发射出的激光打在货车顶部，形成激光面。当货车进入到已标定好的激光面中，将与激光面相切得到变形光条。通过摄像机1拍摄该变形光条，得到光条图像，通过一定的细化与拟合算法可以把光条变成一条曲线。获取图像中曲线的图像坐标，用标定得到的位姿，把曲线的图像坐标还原成实际的世界坐标，即实际测量数据。标定完成后，只要车辆通过激光面，即可得到该截面各点实际的宽度和高度数据，即可得到截面的面积
Figure 714067DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）对侧面摄像机4和侧面激光器5分别标定。侧面激光器5发射出的激光条打在货车的侧面，形成十字形激光面。通过侧面摄像机4拍摄货车匀速通过时产生的变形光条，通过一定的细化与拟合算法可以把光条变成一条曲线。利用标定好的相对位姿，可把光条曲线坐标转换成世界坐标，从而获得货车车厢的实际长度L；
（3）假设扫描幅数为k,那么在货车匀速通过的情况下，每次扫描的移动距离为△L=L/k；
（4）利用图像处理方法，分割出货车车头和车体的部分，截取货车的车厢部分的截面数据，则货车车厢的体积
Figure 926873DEST_PATH_IMAGE002
。

Claims (7)

1.一种货车车厢体积测量系统，其特征在于：该系统包括两组检测装置和一组传感器，每组检测装置均包括一个摄像机和一个激光器，第一组检测装置用于安装在检测区域上端入口处，用于采集车体顶部截面面积的数字图像数据信息，第二组检测装置用于安装在检测区域内侧面，用于检测车长度和货车厢离地面的高度数字图像数据信息；所述检测装置的摄像机和激光器分别通过数据线和数据线与计算机控制连接；所述传感器依次间隔设于检测区域进口与出口之间的固定支架上，且各传感器的信号输出端均与计算机的控制输入端相连。
2.根据权利要求1所述的货车车厢体积测量系统，其特征在于：所述两组检测装置中的摄像机分别安装在摄像云台内，所述摄像云台通过云台控制线与云台控制器控制连接。
3.根据权利要求2所述的货车车厢体积测量系统，其特征在于：所述两组检测装置中的激光器分别安装在球形云台内，所述球形云台通过云台控制线与云台控制器控制连接。
4.根据权利要求3所述的货车车厢体积测量系统，其特征在于：所述传感器为光电传感器。
5.一种货车车厢体积测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在检测区域的上端入口处和检测区域内各设置一组摄像机和激光器，且各摄像机和激光器均与计算机控制连接；在检测区域的进口和出口之间的固定支架上间隔设置一组传感器；
(2)待检货车进入测量区域时，进口传感器给计算机输出“检测”信号，同时触发各摄像机和激光器进行工作和信息采集：
(3)检测过程中，货车保持匀速前进；设置在检测区域上端入口处的摄像机和激光器，即顶面摄像机和顶面激光器采集车体顶部截面面积的数字图像数据信息；设置在检测区域内的摄像机和激光器，即侧面摄像机和侧面激光器检测车 长度和货车厢离地面的高度数字图像数据信息；
(4)当货车尾部完全离开进口传感器时，进口传感器给计算机发出“检测完毕”信号，计算机关闭各摄像机和激光器，停止信息采集；
(5)各摄像机将各自采集到的数字图像信息传到计算机系统，计算机经过计算分析得到车厢的体积数据。
6.根据权利要求5所述的货车车厢体积测量方法，其特征在于：步骤(3)中采集车体顶部截面面积的数字图像数据信息和车长度和货车厢离地面的高度数字图像数据信息的过程如下：
<1>对顶面摄像机和顶面激光器以及侧面摄像机和侧面激光器分别标定，建立激光面与摄像机之间的相对位姿，通过这个位姿，可以把图像坐标最终还原成世界坐标，即所需获取的实际测量数据；
<2>顶面激光器和侧面激光器发射出的激光分别打在货车顶部和侧面，形成激光面，当货车进入到已标定好的激光面中，将与激光面相切得到变形光条；
<3>分别通过顶面摄像机和侧面摄像机拍摄变形光条，得到光条图像，通过一定的细化与拟合算法可以把光条变成一条曲线；
<4>获取图像中曲线的图像坐标，用标定得到的位姿，把曲线的图像坐标还原成实际的世界坐标，即实际测量数据，从而得到该截面各点实际的宽度和高度数据，即可得到截面的面积Si和货车车厢的实际长度L。
7.根据权利要求6所述的货车车厢体积测量方法，其特征在于：车厢体积数据的计算过程如下：
①计算在货车匀速通过的情况下，每次激光器每次扫描的移动距离ΔL＝L/k；
上式中，L是货车车厢的实际长度；k为扫描幅数；
②利用图像处理方法，分割出货车车头和车体的部分，截取货车的车厢部分的截面数据，那么 
Figure FDA0000141605460000021
上式中，Si是货车截面的面积。 
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