CN104330038A - 一种尺寸测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种尺寸测量的方法。通过深度感应器采集待测物上的感应点产生深度矩阵，根据所述深度矩阵可求得待测物的最大高度，再根据所有感应点的坐标集合计算最小包围矩形，从而求得待测物的最大长度和最大宽度，实现快速测量待测物的三维尺寸。本发明公开的一种尺寸测量的方法，该方法所采用的设备比较简单，实施比较方便；该方法适用于规则货物和不规则货物，特别是不规则货物，该方法计算货物的最长、最宽和最高，适用于物流运输计费和装载作业；经过多次试验，该方法的测量误差小于5％。

Description

一种尺寸测量的方法

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种尺寸测量的方法。

背景技术

在物流配送计费、货物装箱配送等很多应用领域，都需要对货物的尺寸进行测量。现有对中小型货物进行尺寸测量已经可以实现自动化和流水化处理，并把测量结果通过通讯接口传给应用系统，如Mettler Toledo的Cargo Scan自动称重和尺寸测量设备。对于大货物，由于重量和尺寸的限制，在很多领域还依赖叉车来进行搬运，对大货物的尺寸测量还需要手工测量和记录。手工测量不仅效率低下，而且在测量和记录过程中容易出现错误，大大限制了作业流程的自动化和信息化水平。

在很多应用领域，不需要对大货物的尺寸进行精确测量，非精确测量即可满足应用需求，例如对测量作业的监控管理。为了防止操作员恶意或者失误造成测量错误，需要一个自动化的大货物尺寸测量设备对货物进行快速非精确测量(比如误差不超过5％)。现有大货物尺寸测量设备是基于激光扫描的大型设备，虽然精度高，但价格昂贵，安装复杂。而市场上缺少容许小误差的低成本大货物尺寸测量设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种尺寸测量的方法，实现能够快速测量待测物的三维尺寸。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种尺寸测量的方法，包括：

S101、将深度感应器放置在待测物的正上方，所述待测物放置在载物平台上，所述深度感应器的感应信号的发射与接收平面与所述载物平台平面平行，所述深度感应器与载物平台之间的垂直高度为固定高度；

S102、所述深度感应器采集深度感应器与载物平台之间的待测物上的感应点，所述深度感应器根据采集到的感应点产生对应的深度矩阵；所述深度矩阵表示为所有感应点到深度感应器的垂直高度的集合；

S103、通过与所述深度感应器相连接的计算机读取深度感应器所产生的深度矩阵，将固定高度减去所述深度矩阵，计算得所述深度矩阵中所有感应点与载物平台的垂直高度，选取最大的垂直高度值为所述待测物的最大高度，根据所述感应点的横坐标和纵坐标的集合计算所有感应点的最小包围矩形，根据所述最小包围矩形计算得所述待测物的最大长度和最大宽度。

本发明的有益效果在于：通过深度感应器采集待测物上的感应点产生深度矩阵，根据所述深度矩阵可求得待测物的最大高度，再根据所有感应点的坐标集合计算最小包围矩形，从而求得待测物的最大长度和最大宽度，实现快速测量待测物的三维尺寸。本发明公开的一种尺寸测量的方法，该方法所采用的设备比较简单，实施比较方便；该方法适用于规则货物和不规则货物，特别是不规则货物，该方法计算货物的最长、最宽和最高，适用于物流运输计费和装载作业；经过多次试验，该方法的测量误差小于5％。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的一种尺寸测量的方法的步骤图；

图2为本发明具体实施方式的尺寸测量的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式的最小包围矩形示意图；

图4为本发明具体实施方式的实施例1的示意图；

标号说明：

1、3D结构光深度感应器；2、计算机。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过深度感应器采集待测物上的感应点产生深度矩阵，根据所述深度矩阵可求得待测物的最大高度，再根据所有感应点的坐标集合计算最小包围矩形，从而求得待测物的最大长度和最大宽度，实现快速测量待测物的三维尺寸。

请参照图1，为本发明具体实施方式的一种尺寸测量的方法的步骤图，具体如下：

一种尺寸测量的方法，其特征在于，包括：

S101、将深度感应器放置在待测物的正上方，所述待测物放置在载物平台上，所述深度感应器的感应信号的发射与接收平面与所述载物平台平面平行，所述深度感应器与载物平台之间的垂直高度为固定高度；

S102、所述深度感应器采集深度感应器与载物平台之间的待测物上的感应点，所述深度感应器根据采集到的感应点产生对应的深度矩阵；所述深度矩阵表示为所有感应点到深度感应器的垂直高度的集合；

S103、通过与所述深度感应器相连接的计算机读取深度感应器所产生的深度矩阵，将固定高度减去所述深度矩阵，计算得所述深度矩阵中所有感应点与载物平台的垂直高度，选取最大的垂直高度值为所述待测物的最大高度，根据所述感应点的横坐标和纵坐标的集合计算所有感应点的最小包围矩形，根据所述最小包围矩形计算得所述待测物的最大长度和最大宽度。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过深度感应器采集待测物上的感应点产生深度矩阵，根据所述深度矩阵可求得待测物的最大高度，再根据所有感应点的坐标集合计算最小包围矩形，从而求得待测物的最大长度和最大宽度，实现快速测量待测物的三维尺寸。本发明公开的一种尺寸测量的方法，该方法所采用的设备比较简单，实施比较方便；该方法适用于规则货物和不规则货物，特别是不规则货物，该方法计算货物的最长、最宽和最高，适用于物流运输计费和装载作业；经过多次试验，该方法的测量误差小于5％。

进一步的，所述固定高度用h₀表示。

进一步的，所述深度感应器为微软的Kinect。

进一步的，所述步骤S101还包括所述深度感应器的焦距的校正步骤，具体包括：

S1021、调节所述待测物到深度感应器的距离，测量得所述深度感应器到所述待测物上任意不同高度的两个感应点距离值，分别为第一距离值和第二距离值，根据所得两个感应点距离值，计算得不同高度的两个感应点距离值对应的深度矩阵的两个坐标长度，分别为第一长度值和第二长度值；

S1022、根据步骤S1021所得第一距离值、第二距离值、第一长度值和第二长度值计算得深度感应器的焦距。

由上述描述可知，通过对深度感应器的焦距进行校正，降低由设备带来的系统误差，也提升了数据的准确性。

进一步的，所述步骤S103还包括将所有感应点的横坐标和纵坐标的集合归一化到同一高度平面上，计算归一化后所有感应点的最小包围矩形。

当待测物上表面的感应点不在同一水平位置时(待测物为不规则的物体)，这个时候待测物的感应坐标点集合χ＝{(i,j)|z_ij<h₀}所对应的深度值z_ij(待测物上表面到深度感应器的距离)会不一样。同一个点(感应区域中心点除外)水平位置不变，只改变高度(即感应点到深度感应器的距离)，则该点在矩阵里的坐标也会发生变化(离感应器越远，该点在矩阵里离中心点越近。原理跟相机一样)。

因为待测物的长和宽是通过矩阵坐标的长和宽转换而来，因此同一个水平面上的坐标点的距离才能真实反应两个点的水平距离。归一化就是把这些不同水平面的坐标(z_ij不同)值(i，j)通过转换计算到同一水平面的坐标

由上述描述可知，当待测物的上表面非二维平面时，通过归一化将所有感应点投射在同一高度平面上，能够降低原本不同高度的感应点所带来的计算误差。

进一步的，所述步骤S102还包括将产生的深度矩阵进行噪音处理。

当由于外部环境或深度感应器失真等原因造成待测物感应区域外某些稀疏点深度值满足z_ij<h₀(即噪音点)，则会对待测物感应区域识别造成错误。

通过如下步骤进行噪音处理，消除噪音；

步骤1、计算坐标集合χ＝{(i,j)|z_ij<h₀}的连通区域；

步骤2、如果计算所得连通区域小于某一预设阀值时，则把该区域的坐标从坐标集合χ＝{(i,j)|z_ij<h₀}中删除。

例如：连通区域里的点的数目小于集合χ＝{(i,j)|z_ij<h₀}中点的数目的5％，则认为是噪音，需要进行剔除。

由上述描述可知，通过上述对深度矩阵进行噪音处理，剔除噪音干扰，提高检测的准确性。

进一步的，请参阅图2，该方法具体步骤包括：

步骤1、把3D结构光深度感应器1安装在待测物的正上方，使得所述3D结构光深度感应器1发射和接收平面与载物平台平面平行，设置载物平台平面到所述3D结构光深度感应器1发射和接受平面的距离为h₀；

步骤2、通过3D结构光深度感应器1采集3D结构光深度感应器1和载物平台平面之间的感知点，假设待测物上表面的有一点，所述点为P点，P点到3D结构光深度感应器1的垂直距离表示为h_p；

步骤3、计算机2与3D结构光深度感应器1相连接，所述计算机2读取3D结构光深度感应器1上产生的深度矩阵Z_m×n，m×n为3D结构光深度感应器1的感知水平范围；假设点P对应深度矩阵的点坐标为(i，j)，则点P的实际高度为H_p＝h₀-z_ij；待测物的最大高度为H＝max_(i,j){h₀-z_i,j}；

步骤4、如果已知3D结构光深度感应器1的焦距f，则进入步骤5，否则执行步骤4，求得3D结构光深度感应器1的焦距f；

3D结构光深度感应器1的焦距f的获取方法为：使用一个规则的校定货物(长方体)，其长或宽已知，假设长为L₀，调节该货物到3D结构光深度感应器1的垂直距离，设定两个垂直距离值分别为和不同高度对应的该货物长对应到深度矩阵的坐标长度分别为和

根据公式其中将参数代入求得3D结构光深度感应器1的焦距f；

例如：第一高度为2000mm，校定货物在矩阵中的坐标长度为220；第二高度为2500mm，校定货物在矩阵中的坐标长度为175.7；则δ＝175.7/220＝0.7986， $f=\frac{2000-2500\mathrm{\&delta;}}{1-\mathrm{\&delta;}}=17\mathrm{mm}.$

步骤5、选取z_ij<h₀的坐标点集合χ＝{(i,j)|z_ij<h₀}；

步骤6、归一化坐标点集合χ的坐标到同一高度平面，例如取高度平面坐标点集合χ内的深度矩阵坐标点(i,j,z_ij)归一化后的坐标数据为其中

$\stackrel{\&OverBar;}{i}=(0.5m+(i-0.5m)\frac{z_{\mathrm{ij}}-f}{\stackrel{\&OverBar;}{h}-f}),\stackrel{\&OverBar;}{j}=(0.5n+(j-0.5n)\frac{z_{\mathrm{ij}}-f}{\stackrel{\&OverBar;}{h}-f});$

坐标点集合χ归一化后的坐标点集合为

例如：f＝15mm；集合χ内一坐标点为(150,100,2100)，则该坐标点归一化到 $\stackrel{\&OverBar;}{h}=2000$ 平面后的坐标为 $(\stackrel{\&OverBar;}{i},\stackrel{\&OverBar;}{j})=\left(\mathrm{141.4,92.9}\right);$

步骤7、计算坐标点集合的最小包围矩形，如图3所示，为圆点的最小包围矩形为ABCD的示意图，计算该最小包围矩形在深度矩阵中的坐标长和宽

步骤8、根据公式得货物的长宽

实施例1

如图4中矩形方框内为坐标点集合矩形方框为计算的最小包围矩形。货物实际长、宽和高数据是540mm，475mm，350mm，通过本发明提供的方法测量结果为550mm，470mm，354mm。

由上述描述可知，通过深度感应器采集待测物上的感应点产生深度矩阵，根据所述深度矩阵可求得待测物的最大高度，再根据所有感应点的坐标集合计算最小包围矩形，从而求得待测物的最大长度和最大宽度，实现快速测量待测物的三维尺寸。本发明公开的一种尺寸测量的方法，该方法所采用的设备比较简单，实施比较方便；该方法适用于规则货物和不规则货物，特别是不规则货物，该方法计算货物的最长、最宽和最高，适用于物流运输计费和装载作业；经过多次试验，该方法的测量误差小于5％。通过对深度感应器的焦距进行校正，降低由设备带来的系统误差，也提升了数据的准确性。当待测物的上表面非二维平面时，通过归一化将所有感应点投射在同一高度平面上，能够降低原本不同高度的感应点所带来的计算误差。通过上述对深度矩阵进行噪音处理，剔除噪音干扰，提高检测的准确性。

综上所述，本发明提供的一种尺寸测量的方法。通过深度感应器采集待测物上的感应点产生深度矩阵，根据所述深度矩阵可求得待测物的最大高度，再根据所有感应点的坐标集合计算最小包围矩形，从而求得待测物的最大长度和最大宽度，实现快速测量待测物的三维尺寸。本发明公开的一种尺寸测量的方法，该方法所采用的设备比较简单，实施比较方便；该方法适用于规则货物和不规则货物，特别是不规则货物，该方法计算货物的最长、最宽和最高，适用于物流运输计费和装载作业；经过多次试验，该方法的测量误差小于5％。通过对深度感应器的焦距进行校正，降低由设备带来的系统误差，也提升了数据的准确性。当待测物的上表面非二维平面时，通过归一化将所有感应点投射在同一高度平面上，能够降低原本不同高度的感应点所带来的计算误差。通过上述对深度矩阵进行噪音处理，剔除噪音干扰，提高检测的准确性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种尺寸测量的方法，其特征在于，包括：

S101、将深度感应器放置在待测物的正上方，所述待测物放置在载物平台上，所述深度感应器的感应信号的发射与接收平面与所述载物平台平面平行，所述深度感应器与载物平台之间的垂直高度为固定高度；

S102、所述深度感应器采集深度感应器与载物平台之间的待测物上的感应点，所述深度感应器根据采集到的感应点产生对应的深度矩阵；所述深度矩阵表示为所有感应点到深度感应器的垂直高度的集合；

S103、通过与所述深度感应器相连接的计算机读取深度感应器所产生的深度矩阵，将固定高度减去所述深度矩阵，计算得所述深度矩阵中所有感应点与载物平台的垂直高度，选取最大的垂直高度值为所述待测物的最大高度，根据所述感应点的横坐标和纵坐标的集合计算所有感应点的最小包围矩形，根据所述最小包围矩形计算得所述待测物的最大长度和最大宽度。

2.根据权利要求1所述的一种尺寸测量的方法，其特征在于，所述步骤S101还包括所述深度感应器的焦距的校正步骤，具体包括：

S1021、调节所述待测物到深度感应器的距离，测量得所述深度感应器到所述待测物上任意不同高度的两个感应点距离值，分别为第一距离值和第二距离值，根据所得两个感应点距离值，计算得不同高度的两个感应点距离值对应的深度矩阵的两个坐标长度，分别为第一长度值和第二长度值；

S1022、根据步骤S1021所得第一距离值、第二距离值、第一长度值和第二长度值计算得深度感应器的焦距。

3.根据权利要求1所述的一种尺寸测量的方法，其特征在于，所述步骤S103还包括将所有感应点的横坐标和纵坐标的集合归一化到同一高度平面上，计算归一化后所有感应点的最小包围矩形。

4.根据权利要求1所述的一种尺寸测量的方法，其特征在于，所述步骤S102还包括将产生的深度矩阵进行噪音处理。

5.根据权利要求1所述的一种尺寸测量的方法，其特征在于，该方法具体步骤包括：

步骤1、把3D结构光深度感应器安装在待测物的正上方，使得所述3D结构光深度感应器发射和接收平面与载物平台平面平行，设置载物平台平面到所述3D结构光深度感应器发射和接受平面的距离为h₀；

步骤2、通过3D结构光深度感应器采集3D结构光深度感应器和载物平台平面之间的感知点，假设待测物上表面的有一点，所述点为P点，P点到3D结构光深度感应器的垂直距离表示为h_p；

步骤3、计算机与3D结构光深度感应器相连接，所述计算机读取3D结构光深度感应器上产生的深度矩阵Z_m×n，m×n为3D结构光深度感应器的感知水平范围；假设点P对应深度矩阵的点坐标为(i，j)，则点P的实际高度为H_p＝h₀-z_ij；待测物的最大高度为H＝max_(i,j){h₀-z_i,j}；

步骤4、如果已知3D结构光深度感应器的焦距f，则进入步骤5，否则执行步骤4，求得3D结构光深度感应器的焦距f；

3D结构光深度感应器的焦距f的获取方法为：使用一个规则的校定货物(长方体)，其长或宽已知，假设长为L₀，调节该货物到3D结构光深度感应器的垂直距离，设定两个垂直距离值分别为和不同高度对应的该货物长对应到深度矩阵的坐标长度分别为和

根据公式其中将参数代入求得3D结构光深度感应器的焦距f；

步骤5、选取z_ij<h₀的坐标点集合χ＝{(i,j)|z_ij<h₀}；

步骤6、归一化坐标点集合χ的坐标到同一高度平面，例如取高度平面坐标点集合χ内的深度矩阵坐标点(i,j,z_ij)归一化后的坐标数据为其中

$\stackrel{\&OverBar;}{i}=(0.5m+(i-0.5m)\frac{z_{\mathrm{ij}}-f}{\stackrel{\&OverBar;}{h}-f}),\stackrel{\&OverBar;}{j}=(0.5n+(j-0.5n)\frac{z_{\mathrm{ij}}-f}{\stackrel{\&OverBar;}{h}-f});$

坐标点集合χ归一化后的坐标点集合为

步骤7、计算坐标点集合的最小包围矩形，计算该最小包围矩形在深度矩阵中的坐标长和宽

步骤8、根据公式得货物的长宽