CN109540241A - 体积测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量技术领域，特别是一种体积测量系统及方法。所述体积测量系统包括传送带、激光发射装置、拍摄装置以及数据处理装置，所述体积测量方法包括：确认物品被放置于朝传送方向运动的传动带上；获取激光发射装置距离传送带的垂直距离F；获取拍摄图像并标定图像中激光照射形成点为落点；获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ；获取拍摄装置与激光发射装置之间的距离h；通过h/tanθ获得激光发射装置与物品表面之间的距离M；通过F－M确定物品高度E；计算并获取拍摄图像中物品的面积S；根据V＝S*E确定物品的体积，从而在数据处理上只需分析拍摄图像，因此占用的数据分析资源小，在物品运输过程中提高了工作效率，同时测量更精准。

Description

体积测量系统及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是一种体积测量系统及方法。

背景技术

在商业和工业等领域，物品运输的重要性不言而喻。随着电子商务的飞速发展，网络购物量也在飞速的增加，带动着物流行业的快速发展；工业的流水线工程可对物品的生产、流通进行管理。

在现在的物流行业，物体的体积因涉及到物流分拣、物流计费、装车运输和仓库存储等，获取物体的体积是必须的；流水线上的产品体积是物料产品生产流通中的一个重要参数。

因此，如何高效率的测量物品体积，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种体积测量系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种体积测量系统，用于测量物品的体积，物品均为长方体状，所述系统包括：

传送带，用于物品在传送方向上运输；

激光发射装置，设置于所述传送带上方以朝下发射激光，激光照射到物品上时，在物品上形成落点；

拍摄装置，与所述激光发射装置在传送方向上间隔设置，并与激光发射装置位于同一高度，以在激光照射到物品上时对物品进行拍摄，并输出拍摄图像；拍摄装置光轴与传送带或物品的交点即为拍摄图像的图像中心，所述拍摄装置的光轴与激光发射装置发出的激光相平行；

数据处理装置，与所述拍摄装置数据连接以获取并处理所述拍摄图像；所述数据处理装置包括面积测算器以识别并计算拍摄图像上的物品面积；

所述数据处理装置还包括用以测算物品高度的高度测算器，所述高度测算器包括用以测量落点至图像中心相对拍摄装置的角度的角度测算部、用以获取激光发射装置距离传送带的垂直距离的第一测距部、和用以获取拍摄装置与激光发射装置之间距离的第二测距部；

所述数据处理装置还包括与所述高度测算器及面积测算器通讯连接的体积测算器，通过获取物品高度和物品面积以计算获得物品的体积。

作为本发明的进一步改进，所述激光发射装置发出的激光具有若干个，并在水平面上呈垂直于传送方向排列的列状。

作为本发明的进一步改进，所述拍摄装置包括图像传感器单元，所述图像传感器单元用以识别列状激光中照射在物品形成的最亮的点，并将该最亮的点作为落点，所述图像传感器单元采用ccd感光元件。

作为本发明的进一步改进，拍摄图像上设置有若干个像素点，相邻像素点在传送方向上的距离一致，所述角度测算部通过计算落点至图像中心之间的像素点个数以获得落点至图像中心相对拍摄装置的角度。

作为本发明的进一步改进，所述测量方法包括：

确认物品被放置于朝传送方向运动的传动带上；

获取激光发射装置距离传送带的垂直距离F；

在激光照射于物品上时，对物品进行拍摄；

获取拍摄图像并标定图像中激光照射形成点为落点；

获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ；

获取拍摄装置与激光发射装置之间的距离h；

通过h/tanθ获得激光发射装置与物品表面之间的距离M；

通过F－M确定物品高度E；

计算并获取拍摄图像中物品的面积S；

根据V＝S*E确定物品的体积V。

作为本发明的进一步改进，所述“获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ”步骤具体为：

实验获得像素的弧度值R和弧度误差T；

获取图像中心到落点的像素个数N；

根据N*R+T获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ。

作为本发明的进一步改进，所述“实验获得像素的弧度值R和弧度误差T”步骤具体为：

获取两个测试物品，并对两个测试物品的长度、宽度和高度进行测量；

在所述体积测量系统中对两个测试物品进行测量以分别获得落点至图像中心的像素个数N₁、N₂；

根据方程E＝F－h/tan(N*R+T)将N₁与N₂的值分别代入以获得像素的弧度值R和弧度误差T。

作为本发明的进一步改进，所述激光发射装置发出的激光具有若干个，并呈沿垂直于传送方向排列的列状，所述“标定拍摄图像中激光照射形成点为落点”具体包括：识别拍摄图像中激光发射装置发出的激光所照射的光点，判断亮度最大的光点为落点。

作为本发明的进一步改进，所述“计算物品底面积S”步骤具体包括：

以拍摄图像为平面建立坐标系；

在拍摄图像中识别物品轮廓；

标记物品轮廓中位于最外侧的四个点，并依次记为A、B、C和D，其中AB所在直线垂直于BC所在直线，依次获取A、B、C三点坐标为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)；

根据坐标两点间距离公式分别计算得出AB和BC的距离L和W；

计算物品面积S＝L*W。

本发明的有益效果是：本发明提出的一种体积测量系统及方法，通过拍摄装置对物品及激光发射至物品上形成落点的成像，经过高度测算器获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度及拍摄装置与激光发射装置之间的距离，获得激光发射装置与物品表面之间的距离，进而再获得物品的高度，从而获得物品体积，在数据处理上只需分析拍摄图像，因此占用的数据分析资源小，在物品运输过程中提高了工作效率，同时测量更精准。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明中体积测量系统的结构示意图；

图2为本发明中体积测量方法的流程图；

图3为本发明中物品高度计算的原理图；

图4为本发明中拍摄物品的面积测量的原理图；

其中，100——体积测量系统，1——物品，2——传送带，3——激光发射装置，4——拍摄装置，41——图像传感器单元，5——数据处理装置，O——落点。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提出了一种体积测量系统100，用于测量物品1的体积，物品1均为长方体状，所述系统包括：

传送带2，用于物品1在传送方向上运输；

激光发射装置3，设置于所述传送带2上方以朝下发射激光，激光照射到物品1上时，在物品1上形成落点O；

拍摄装置4，与所述激光发射装置3在传送方向上间隔设置，并与激光发射装置3位于同一高度，以在激光照射到物品1上时对物品1进行拍摄，并输出拍摄图像，拍摄装置4的光轴与传送带或物品的交点即为拍摄图像的图像中心，所述拍摄装置4的光轴与激光发射装置3发出的激光相平行，并且拍摄装置4的光轴与激光发射装置3发出的激光均与传送带相垂直；这里，所述拍摄装置4采用工业高速摄像机，由于其能够以很高的频率记录一个动态的图像，一般能达到每秒1000～10000帧的速度，使得在拍摄移动的物品1时所获得的拍摄图像足够清晰，提高了后续计算结果的准确率。

数据处理装置5，与所述拍摄装置4数据连接以获取并处理所述拍摄图像；这里，所述数据处理装置5一般采用工控电脑，与普通计算机相比，具有更高的防磁、防尘、防冲击能力，具有连续长时间工作的能力，更适合在工业和商业等领域配置。

所述数据处理装置5包括面积测算器以识别并计算拍摄图像上的物品1面积；

所述数据处理装置5还包括用以测算物品1高度的高度测算器，所述高度测算器包括用以测量落点O至图像中心相对拍摄装置4的角度的角度测算部、用以获取激光发射装置3距离传送带2的垂直距离的第一测距部、和用以获取拍摄装置4与激光发射装置3之间距离的第二测距部；

所述高度测算器通过获取落点O至图像中心相对拍摄装置4的角度及拍摄装置4与激光发射装置3之间的距离，获得激光发射装置3与物品1表面之间的距离，进而再获得物品1的高度；

所述数据处理装置5还包括与所述高度测算器及面积测算器通讯连接的体积测算器，通过获取物品1高度和物品1面积以计算获得物品1的体积。

具体的，拍摄图像上设置有若干个像素点，相邻像素点在传送方向上的距离一致，所述角度测算部通过计算落点O至图像中心之间的像素点个数以获得落点O至图像中心相对拍摄装置4的角度。

在本发明具体实施方式中，所述激光发射装置3发出的激光具有若干个，并在水平面上呈垂直于传送方向排列的列状。

所述拍摄装置4包括图像传感器单元41，所述图像传感器单元41用以识别列状激光中照射在物品形成的最亮的点，并将该最亮的点作为落点O，优选的，所述图像传感器单元41采用ccd感光元件，由于ccd感光元件采用高感光度的半导体材料制成，因此能够很容易识别出列状激光形成的最亮的点，同时其成像质量好，使得最终拍摄图像更清晰。

如图2至图4所示，本发明还提出了一种基于如上所述的体积测量系统100的体积测量方法，所述测量方法包括：

确认物品1被放置于朝传送方向运动的传动带上；

获取激光发射装置3距离传送带2的垂直距离F；具体由所述高度测算器的第一测高部获取；

获取拍摄图像并标定图像中激光照射形成点为落点O；

获取落点O至图像中心相对拍摄装置4的角度θ；具体由所述高度测算器的角度测算部获取；

获取拍摄装置4与激光发射装置3之间的距离h；具体由所述高度测算器获取。

通过h/tanθ获得激光发射装置3与物品1表面之间的距离M；

通过F－M确定物品1高度E；

计算并获取拍摄图像中物品1的面积S；具体由所述面积测算器获得。

根据V＝S*E确定物品1的体积，其中，V为物品1体积。

具体的，所述“获取落点O至图像中心相对拍摄装置4的角度θ”步骤具体为：

实验获得像素的弧度值R和弧度误差T；

获取图像中心到落点O的像素个数N；

根据N*R+T获取落点O至图像中心相对拍摄装置4的角度θ。

进一步的，所述“实验获得像素的弧度值R和弧度误差T”步骤具体为：

获取两个测试物品，并对两个测试物品的长度、宽度和高度进行测量；

在所述体积测量系统100中对两个测试物品进行测量以分别获得落点O至图像中心的像素个数N₁、N₂；

根据方程E＝F－h/tan(N*R+T)将N₁与N₂的值分别代入以获得像素的弧度值R和弧度误差T；这里，测试物品数量可以超过两个，多次实验使得计算得出的弧度值R和弧度误差T的值误差更小，从而使得最终体积计算值更准确。

另外，所述“标定拍摄图像中激光照射形成点为落点O”具体包括：识别拍摄图像中激光发射装置3发出的激光所照射的光点，判断亮度最大的光点为落点O；具体的，由所述ccd感光元件识别出亮度最大的光点并将信息传输至数据处理装置5，所述数据处理装置5对其标定后计算得到落点O与图像中心的像素个数。

所述“计算物品1底面积S”步骤具体包括：

以拍摄图像为平面建立坐标系；

在拍摄图像中识别物品1轮廓；

标记物品1轮廓中位于最外侧的四个点，并依次记为A、B、C和D，其中AB所在直线垂直于BC所在直线，依次获取A、B、C三点坐标为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)；

根据坐标两点间距离公式分别计算得出AB和BC的距离L和W；这里，L和W的值均为拍摄图像上AB和BC的长度乘以一比例值得出，所述比例值为实际物品1轮廓长度与拍摄图像上的长度之比，根据坐标系中两点间距离公式可得

计算物品1面积S＝L*W。

综上所述，本发明提出了一种体积测量系统100及方法，通过拍摄装置4对物品1及激光发射至物品1上形成落点O的成像，经过数据处理获得物品1高度和面积，从而获得物品1体积，在数据处理上只需分析拍摄图像，因此占用的数据分析资源小，在物品1运输过程中提高了工作效率，同时测量更准确。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种体积测量系统，用于测量物品的体积，物品均为长方体状，其特征在于，所述系统包括：

传送带，用于物品在传送方向上运输；

激光发射装置，设置于所述传送带上方以朝下发射激光，激光照射到物品上时，在物品上形成落点；

拍摄装置，与所述激光发射装置在传送方向上间隔设置，并与激光发射装置位于同一高度，以在激光照射到物品上时对物品进行拍摄，并输出拍摄图像；拍摄装置光轴与传送带或物品的交点即为拍摄图像的图像中心，所述拍摄装置的光轴与激光发射装置发出的激光相平行；

数据处理装置，与所述拍摄装置数据连接以获取并处理所述拍摄图像；所述数据处理装置包括面积测算器以识别并计算拍摄图像上的物品面积；

所述数据处理装置还包括用以测算物品高度的高度测算器，所述高度测算器包括用以测量落点至图像中心相对拍摄装置的角度的角度测算部、用以获取激光发射装置距离传送带的垂直距离的第一测距部、和用以获取拍摄装置与激光发射装置之间距离的第二测距部；

所述数据处理装置还包括与所述高度测算器及面积测算器通讯连接的体积测算器，通过获取物品高度和物品面积以计算获得物品的体积。

2.根据权利要求1所述的一种体积测量系统，其特征在于，所述激光发射装置发出的激光具有若干个，并在水平面上呈垂直于传送方向排列的列状。

3.根据权利要求2所述的一种体积测量系统，其特征在于，所述拍摄装置包括图像传感器单元，所述图像传感器单元用以识别列状激光中照射在物品形成的最亮的点，并将该最亮的点作为落点，所述图像传感器单元采用ccd感光元件。

4.根据权利要求1所述的一种体积测量系统，其特征在于，拍摄图像上设置有若干个像素点，相邻像素点在传送方向上的距离一致，所述角度测算部通过计算落点至图像中心之间的像素点个数以获得落点至图像中心相对拍摄装置的角度。

5.一种基于权利1-4中任一项所述的体积测量系统的体积测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

确认物品被放置于朝传送方向运动的传动带上；

获取激光发射装置距离传送带的垂直距离F；

在激光照射于物品上时，对物品进行拍摄；

获取拍摄图像并标定图像中激光照射形成点为落点；

获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ；

获取拍摄装置与激光发射装置之间的距离h；

通过h/tanθ获得激光发射装置与物品表面之间的距离M；

通过F－M确定物品高度E；

计算并获取拍摄图像中物品的面积S；

根据V＝S*E确定物品的体积V。

6.根据权利要求5所述的一种体积测量方法，其特征在于，所述“获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ”步骤具体为：

实验获得像素的弧度值R和弧度误差T；

获取图像中心到落点的像素个数N；

根据N*R+T获取落点至图像中心相对拍摄装置的角度θ。

7.根据权利要求6所述的一种体积测量方法，其特征在于，所述“实验获得像素的弧度值R和弧度误差T”步骤具体为：

获取两个测试物品，并对两个测试物品的长度、宽度和高度进行测量；

在所述体积测量系统中对两个测试物品进行测量以分别获得落点至图像中心的像素个数N₁、N₂；

根据方程E＝F－h/tan(N*R+T)将N₁与N₂的值分别代入以获得像素的弧度值R和弧度误差T。

8.根据权利要求4所述的一种体积测量方法，其特征在于，所述激光发射装置发出的激光具有若干个，并呈沿垂直于传送方向排列的列状，所述“标定拍摄图像中激光照射形成点为落点”具体包括：识别拍摄图像中激光发射装置发出的激光所照射的光点，判断亮度最大的光点为落点。

9.根据权利要求4所述的一种体积测量方法，其特征在于，所述“计算物品底面积S”步骤具体包括：

以拍摄图像为平面建立坐标系；

在拍摄图像中识别物品轮廓；

标记物品轮廓中位于最外侧的四个点，并依次记为A、B、C和D，其中AB所在直线垂直于BC所在直线，依次获取A、B、C三点坐标为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)；

根据坐标两点间距离公式分别计算得出AB和BC的距离L和W；

计算物品面积S＝L*W。