CN109822754B - 用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统及方法，包括摄像机、测距传感器和数据处理装置，其中，摄像机和测距传感器分别通过线缆与工控机连接，测距传感器用于自卸车的到位检测，当测距传感器检测到的距离值在设定区间时，向数据处理装置发出信息号，数据处理装置用于接收测距传感器发出的信号，并向摄像机发出采集图像指令；摄像机用于根据数据处理装置发出的采集图像指令拍摄一帧图像，数据处理装置用于根据摄像机拍摄到的图像计算车箱的长、宽和高。能够在自卸车驻车待装料时快速检测出车箱的长度、宽度和高度。该系统和方法适合于搅拌站实际环境，传感器安装位置固定，不存在移动或旋转的辅助测量机构，装置整体成本低。
Description
技术领域
本发明属于自卸车尺寸检测技术领域，具体涉及用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统及方法。
背景技术
沥青混凝土自卸车货厢尺寸检测主要用于设定装车料位高度目标值，在混合料装车前，通过检测车箱的宽度和高度，结合混合料的自然堆放角，可计算出该货厢的最大装料高度，作为自动装车料位控制系统的目标值。最大装车高度按如下公式计算：
参照图1，其中Hmax为车箱内料位达到最大程度时料堆顶点到地面的距离，H为车箱侧板上沿到地面的距离，W为车箱宽度，α为料堆的自然堆放角。因此，要设定最大装车高度，必须先检测出车箱的宽度W和高度H。
目前，敞车货厢尺寸检测技术大多为非接触式测量，包括超声波测距、激光测距、激光光幕和摄影测量等方法，根据测量对象和测量精度的要求，配合特定的安装方式或移动回转机构，对整车或货厢尺寸进行在线检测。现有超声波测距通常是用一组超声波测距传感器或激光测距传感器直接测量车箱尺寸。例如：专利CN201810531973.6一种汽车尺寸的测量方法及装置，通过分布在自卸车两侧及前方的三个激光测距传感器，在车箱行驶过程中分别检测出车头和货厢长度与宽度，利用车箱侧面一个传感器在垂直方向上俯仰摆动测出货厢高度；专利CN201721106222.7一种全自动装卸车系统中车况自动检测系统，利用滑轨将五个同原点的测距传感器，伸入车箱内部测量车箱的三维尺寸；专利CN201610102513.2一种装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法和专利CN201520313983.4一种货车车箱栏板高度检测装置，利用安装在龙门架与立柱上的多个光幕传感器来检测车箱尺寸；CN201410483838.0一种基于视觉的自卸车外廓尺寸自动测量系统及方法和CN201310121748.2一种大型客车车箱的在线双目视觉测量装置，利用双目视觉测距技术配合滑动机构对大型车箱进行三维立体重构；专利CN201410534147.9一种车箱的激光扫描测量及定位方法，在滑动轨道上安装激光测距传感器，借助测距传感器的移动测量车箱尺寸。此外，还有通过车牌识别来确定车箱尺寸信息的方法，但车牌识别无法检测出人为更换货厢，且需要对每台车进行人工测量及录入。
由于沥青混凝土搅拌站场内布局的特点，自卸车装料前的停放通常比较随意，难以提前确定哪一辆车即将驶入搅拌楼下方装料，因此车箱尺寸检测只能在自卸车驶入搅拌楼之后进行。搅拌楼底部为装车室2，装车室2上部设置有排烟管6，装车室2上方设置有储料仓3，出料仓下端设置有料门5，与其他应用领域相比，沥青混凝土搅拌楼下方空间狭小，很难在自卸车周围布置滑动轨道等辅助测量机构；另外，放白料时细粒粉尘较大，激光测距等传感器易受粉尘污染，影响测量精度及使用寿命，粉尘环境中滑动机构的联锁动作也容易出现故障。因此，现有技术无法直接用于搅拌站自卸车车箱尺寸测量。
发明内容
针对上述问题，本专利提出仅利用一个摄像机和一个测距传感器的自卸车货厢尺寸检测方法，能够在自卸车驻车待装料时快速检测出车箱的长度、宽度和高度。
为达到上述目的，本发明用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统，包括摄像机、测距传感器和数据处理装置，其中，摄像机和测距传感器均与数据处理装置电连接；摄像机固定于装车室入口处顶棚，摄像机的光轴与车道中线所在的铅锤平面重合，且摄像机的光轴与地面的夹角为40°～45°；测距传感器固定在自卸车上方，测距传感器的探测方向与车道中线所在的铅锤平面重合，且探测方向垂直于地面；其中，测距传感器用于自卸车的到位检测，当测距传感器检测到的距离值在设定区间时，向数据处理装置发出信息号，数据处理装置用于接收测距传感器发出的信号，并向摄像机发出采集图像指令；摄像机用于在采集图像指令下拍摄一帧图像，并传递至数据处理装置，数据处理装置还用于根据摄像机拍摄到的图像计算自卸车的车箱的长、宽和高。
进一步的，数据处理装置为工控机，测距传感器为超声波传感器。
进一步的，摄像机的镜头视角大于角θ0，且摄像机的镜头视角大于角θ2；其中，角θ0为直线L1和直线L2的夹角，直线L1为过摄像机的镜头与点G的直线，直线L2为过摄像机的镜头与点E的直线；点G为前侧板上沿轮廓线与车道中线所在的铅锤面的交点，点E为后侧板下沿轮廓线与车道中线所在的铅锤面的交点；角θ2为直线L3和直线L4的夹角；直线L3为摄像机的镜头与点M所在的直线，直线L4为摄像机的镜头与点N所在的直线，点M和点N分别为自卸车车箱后侧板上沿轮廓线两端的端点。
进一步的，摄像机选取1/1.8”靶面感光芯片的工业相机，分辨率为1280×1024像素，镜头选取焦距5mm～8mm的C口定焦镜头。
一种用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，包括以下步骤：
步骤1、摄像机标定：确定自卸车车箱的空间坐标到图像像素平面坐标的对应关系，其中，uv为像素平面坐标系，xy为图像平面坐标系，uv和xy与摄像机的感光芯片重合；XCYCZC为摄像机的空间坐标系，ZC与摄像机的光轴重合；XWYWZW为自卸车空间坐标系，其中，XWYW平面与地面重合；XWYWZW空间到uv平面的转换关系如下：
采用标定方法确定出参数f,dx,dy,u0,v0,R,T；上式中，f为摄像机的镜头等效焦距，dx为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，dx,dy分别为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，u0,v0为感光芯片中心的像素坐标，R为自卸车坐标系到像素平面坐标系的旋转矩阵，T为自卸车坐标系到像素平面坐标系的平移矩阵；
步骤2、自卸车到位检测：波测距传感器垂直向下探测距离，当超声波测距传感器检测到的距离值L在设定范围内时，认为自卸车停靠到位；此时，波测距传感器向数据处理装置发送信号，数据处理装置向摄像机发出采集图像指令，摄像机拍摄一帧图像；
步骤3、车箱轮廓线检测：在步骤2拍摄到的图像中，检测出车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；
步骤4、车箱轮廓角点检测：在像素平面坐标系uv中，求出车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线在图像平面uv中的交点P1、P2、P3、P4、P5和P6的坐标(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3),(u4,v4),(u5,v5),(u6,v6)；其中，P1为车箱后侧板下沿轮廓线与车箱后侧板左轮廓线的交点，P2为车箱后侧板下沿轮廓线与车箱后侧板右轮廓线的交点，P3为车箱后侧板上沿轮廓线与车箱后侧板左轮廓线的交点，P4为车箱后侧板上沿轮廓线与车箱后侧板右轮廓线的交点，P5为车箱前侧板上沿轮廓线与车箱左侧板上沿轮廓线的交点，P6为车箱前侧板上沿轮廓线与车箱右侧板上沿轮廓线的交点；
步骤5、计算车箱宽度、车箱高度和车箱宽度：
计算车箱宽度：计算P1和P2的XWYWZW空间坐标，P1的XWYWZW空间坐标为,P2的XWYWZW空间坐标为,车箱宽度W＝|XW1-XW2|；
计算车箱高度：计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW值ZW3和ZW4，车箱高度H＝(ZW3+ZW4-2d)/2，式中，d为车箱底板距地面高度；
计算车箱长度：计算P5和P6的XWYWZW坐标系中的YW值YW5和YW6，车箱长度L＝(YW5+YW6-YW1-YW2)/2。
进一步的，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、在步骤2得到的图像中预先设置6个待检测区域，记为区域ROI1～ROI6，每个区域作为一幅子图像，区域ROI1～ROI6分别用于检测车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；
步骤3.2、对于矩形区域ROI1～ROI6区域，首先进行图像均值滤波去噪，滤波器大小为5×5像素，在区域ROI1～ROI6中进行逐像素遍历处理；
步骤3.3、在矩形区域ROI1～ROI6中采用Hough变换提取直线。
进一步的，步骤3.3中，对区域ROI3仅提取与水平方向夹角为60°～80°的直线，对区域ROI4仅提取与水平方向夹角为100°～120°的直线，对区域ROI1和区域ROI2仅提取与水平方向夹角为85°～95°的直线，对区域ROI5和区域ROI6仅提取与水平方向夹角为-5°～5°的直线。
进一步的，步骤5中，计算车箱宽度包括以下步骤：
步骤5.1进行坐标转换，将XCYCZC坐标系原点OC和像素平面中P1的坐标(u1,v1)转换到XWYWZW坐标系，转换后记为(X0,Y0,Z0)和(X1,Y1,Z1)，转换计算公式如下：
其中，R′为R的逆；
步骤5.2，计算空间直线OCP1与平面ZW＝d的交点(XW1,YW1,ZW1)；空间直线OCP1的方程为：
由于平面ZW＝d为车箱底板，因此ZW＝d代入直线方程，可得P1的XWYWZW空间坐标为：
步骤5.3，利用步骤5.1至步骤5.2的方法计算P2的XWYWZW空间坐标(XW2,YW2,ZW2)。
进一步的，步骤5中，计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW轴坐标包括以下步骤：
将P3的像素平面坐标(u3,v3)转换到XWYWZW坐标系，记为(X3,Y3,Z3)，然后得到空间直线OCP3并计算该直线与平面YW＝(YW1+YW2)/2的交点，可得：
同理可得：
进一步的，步骤5中，计算P5和P6在XWYWZW坐标系中的YW轴的坐标包括以下步骤：
首先，将P5的像素平面坐标(u5,v5)转换到XWYWZW坐标系，记为(X5,Y5,Z5)，然后得到空间直线OCP5并计算该直线与平面ZW＝H的交点，可得：
同理可得：
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，该系统和方法适合于搅拌站实际环境，传感器安装位置固定，不存在移动或旋转的辅助测量机构，装置整体成本低。本发明基于单目视觉定位原理，利用测距传感器测得的车箱底板高度与车箱轮廓角点图像检测结果，结合摄像机标定，首先在车箱底板所在的空间平面上计算出车箱宽度，然后在车箱后侧板所在的空间平面上计算出车箱高度，最后在车箱上沿所在的空间平面上计算出车箱长度。该测量系统易于布置安装，适用沥青混凝土搅拌站及其他空间狭小与粉尘环境。不存在移动或回转机构，测量方法简单，可靠性高。传感器数量少，无激光测距雷达等精密光学元件，使用成本低。
进一步的测距传感器为超声波测距传感器，超声波传感器便宜，成本低，不受粉尘影响。超声波测距传感器不同点在于安装方式和测量对象不同，本发明中的一个超声波传感器是用来测量车箱底板距地面的高度，为后续图像检测提供标准参考平面。
进一步的，步骤3.3中，对ROI1仅提取与水平方向为60°～80°的直线，ROI2仅提取与水平方向夹角为100°～120°的直线，ROI3和ROI4仅提取与水平方向夹角为85°～95°的直线，ROI5和ROI6仅提取与水平方向夹角为-5°～5°的直线，提高了图像处理速度及可靠性。
附图说明
图1为最大装车高度计算方法；
图2a为安装环境及系统结构主视图；
图2b为安装环境及系统结构俯视图；
图3a为摄像机镜头视角侧视图；
图3b为摄像机镜头视角俯视图；
图4为系统坐标系示意图；
图5为车箱轮廓检测ROI设置及轮廓角点；
图6为车箱宽度检测原理示意图；
图7为车箱高度检测原理示意图；
图8为车箱长度检测原理示意图；
附图中：1、摄像机，2、装车室，3、储料仓，4、测距传感器，5、料门，6、排烟管道，7、自卸车，8、车道中线，9、车箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本文中以自卸车的车头方向为前，车尾方向为后，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图2，用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统包括图像采集装置、辅助测量装置、和数据处理装置，其中图像采集装置为摄像机1，辅助测量装置为测距传感器4，数据处理装置为数据处理装置，测距传感器4为超声波传感器；其中，摄像机1和超声波测距传感器安装在装车室内，摄像机1和测距传感器4分别通过线缆与数据处理装置连接，测距传感器4通过线缆将测量得到的距离传输至数据处理装置，数据处理装置用于数据分析计算，具体为根据摄像机1拍摄到的图像计算车箱9的长、宽和高。摄像机1固定在装车室入口的顶棚，摄像机1的光轴与车道中线8所在的铅锤平面重合，且光轴与地面的夹角为40°～45°；测距传感器4固定在自卸车7就位后车头与卸料口之间，自卸车7的车箱9自前向后1/10～1/5处，探测方向与车道中线8所在的铅锤平面重合，且探测方向垂直于地面。
摄像机1安装位置距卸料口约9m。摄像机1选取1/1.8”靶面感光芯片的工业相机，分辨率1280×1024像素，镜头选取焦距5mm～8mm的C口定焦镜头；其中，测距传感器4优选超声波传感器，也可以用其他测距传感器，如高频雷达或激光测距。超声波测距传感器量程为5m。车箱宽度与高度测量精度优于5mm，车箱长度测量精度优于30mm。
参照图3a和图3b，点G为前侧板上沿轮廓线与车道中线8所在的铅锤面的交点，点E为后侧板下沿轮廓线与车道中线8所在的铅锤面的交点；点F为自卸车车箱前侧板下沿轮廓线与车道中线8所在的铅锤面上的交点，点J为自卸车车箱底面与车道中线8所在的铅锤面的交线与摄像机1所在的铅垂线的交点，点A为摄像机1在地面上的投影点，点B为点E在地面上的投影点，点C为料门5的几何中心在地面上的投影点，点D为点F在地面上的投影点，点K为点G在摄像机1所在的水平面上的投影，上述投影的投影方向均为竖直方向；点M和点N分别为自卸车车箱后侧板上沿轮廓线两端的端点。摄像机1的安装位置及参数选型由装车室空间尺寸、自卸车尺寸和自卸车停靠位置决定，通过以下计算确定：
摄像机1的镜头视角大于θ0和θ2中较大的一个，其中，摄像机1的镜头与点G所在的直线为L1，摄像机1的镜头与点E所在的直线为L2，直线L1和直线L2的夹角为角θ0，摄像机1的镜头与点M所在的直线为L3，摄像机1的镜头与点N所在的直线为L4，直线L3和直线L4的夹角为角θ2，光轴与水平面的夹角为θ1，由余弦定理可得
将
代入可得θ0，其中，OJ,IE,GK,KO,EF,FG根据装车室空间尺寸、自卸车尺寸和自卸车停靠位置确定。装车室出入口处顶棚高度为4.5m，装车室总长度为18m，卸料口位于装车室纵向中央位置，即AO＝4.5m、AC＝9m；市面上中卡和重卡的货厢最大长度8.8m、最大宽度2.3m、最大高度3.2m、最大深度1.8m，自卸车停靠待装料时，卸料点正下方到车箱前侧板距离通常为1m，即BD＝8.8m，MN＝2.3m，DG＝3.2m，FG＝1.8m，CD＝1m。根据以上数据，可计算出θ0＝58°，θ2＝87°，θ1＝8°。当摄像机选取1/1.8”靶面感光芯片时，选取焦距6mm的C口定焦镜头，此时视场角度约为100°，满足视角要求。
用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法包括以下步骤：
步骤1、摄像机标定。摄像机安装固定后，根据小孔成像原理来确定自卸车空间坐标到图像像素平面坐标的对应关系。本发明中各坐标系位置如图4，其中，uv为像素平面坐标系，xy为图像平面坐标系，uv和xy与感光芯片重合；XCYCZC为摄像机空间坐标系，ZC与摄像机1的光轴重合；XWYWZW为自卸车空间坐标系，XWYW平面与地面重合。P1～P6为待检测的车箱角点，用于确定车箱的长、宽和高。XWYWZW空间到uv平面的转换关系为：
采用现有任意一种标定方法确定出参数f,dx,dy,u0,v0,R,T，用于后续的车箱尺寸在线检测。其中，f为镜头等效焦距，dx,dy分别为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，u0,v0为感光芯片中心的像素坐标，R为自卸车坐标系到像素平面坐标系的旋转矩阵，T为自卸车坐标系到像素平面坐标系的平移矩阵。
步骤2、自卸车到位检测。参照图2a，当超声波测距传感器垂直向下探测距离，由于超声波测距传感器安装高度距地面3.9m，车箱底板距地面高度通常为1.3m～1.5m，车箱底板距地面高度记为d，超声波测距值为L，则d＝3.9-L，因此当超声波测距传感器检测到的距离值L为2.4m～2.6m之间时，认为自卸车停靠到位。此时数据处理装置发出采集信号，摄像机1抓拍一帧图像。
步骤3、车箱轮廓线检测。参照图5，图5为摄像机采集车箱图像示意图，由于小孔成像过程是透视变换，因此车箱轮廓在步骤2所采集的图像中会呈现如图5的梯形区域，其中(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3),(u4,v4),(u5,v5),(u6,v6)分别为：车箱后侧板左下角点、车箱后侧板右下角点、车箱后侧板左上角点、车箱后侧板右上角点、车箱前侧板左上角点、车箱前侧板右上角点。这些角点的图像坐标可通过在图像中检测车箱外轮廓线，并计算这些轮廓线的交点得到。具体包括以下步骤：
步骤3.1、在图像中预先设置6个待检测区域，这些区域分别为矩形区域ROI1～ROI6，每个矩形区域作为一幅子图像，各子图像区域的大小和位置根据常见型号的中卡和重卡在图像中出现的平均位置来设定，以保证图像中的这些检测区域中能包含车厢的边沿轮廓。矩形区域ROI1～ROI6分别用于检测车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；
步骤3.2、对于矩形区域ROI1～ROI6区域，首先进行图像均值滤波去噪，滤波器大小为5×5像素，在这个6个矩形区域ROI1～ROI6中进行逐像素遍历处理；
步骤3.3、在矩形区域ROI1～ROI6中采用Hough变换提取直线，为提高图像处理速度及可靠性，对ROI3仅提取与水平方向夹角为60°～80°的直线，ROI4仅提取与水平方向夹角为100°～120°的直线，ROI1和ROI2仅提取与水平方向夹角为85°～95°的直线，ROI5和ROI6仅提取与水平方向夹角为-5°～5°的直线。由于车厢边沿具有一定宽度，矩形区域ROI1～ROI6中提取的直线均可能为一组平行线，为保证最终提取的直线为车厢图像的外接轮廓，在ROI1和ROI3中均选取水平方向上最靠左侧的一条直线，在ROI2和ROI4中均选取水平方向上最靠右侧的一条直线，在ROI5和ROI6中均选取垂直方向上最靠下的一条直线。
步骤4、车箱轮廓角点检测：参照图5，在像素平面坐标系uv中，分别对应求解ROI1～ROI6中检测到的直线在图像平面uv中的交点坐标，即可得到车箱轮廓角点坐标(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3),(u4,v4),(u5,v5),(u6,v6)，分别记为P1、P2、P3、P4、P5和P6。
步骤5、车箱宽度检测：参照图6，通过计算P1和P2的XWYWZW空间坐标来确定车箱宽度，空间坐标求解以点P1为例，首先进行坐标转换，将XCYCZC坐标系原点OC和像素平面中P1的坐标(u1,v1)转换到XWYWZW坐标系，转换后记为(X0,Y0,Z0)和(X1,Y1,Z1)，转换计算公式为：
其中，R′为R的逆；
然后计算空间直线OCP1与平面ZW＝d的交点(XW1,YW1,ZW1)。空间直线OCP1的方程为：
由于平面ZW＝d为车箱底板，因此ZW＝d代入直线方程，可得P1的XWYWZW空间坐标为：
同理可得P2的XWYWZW空间坐标(XW2,YW2,ZW2)，车箱宽度W即为P1与P2的XWYWZW空间欧氏距离。驻车时自卸车轴线与车道线平行，因此车箱宽度可简化为W＝|XW1-XW2|，车箱后侧板平面为YW＝(YW1+YW2)/2。
步骤6、车箱高度检测。参照图7，车箱高度通过计算P3,P4与P1,P2在ZW方向的距离来确定，可表示为H＝(ZW3+ZW4-2d)/2，式中，ZW3、ZW4分别为P3,P4在XWYWZW坐标系中的ZW坐标值，d为车箱底板距地面高度。因此仅需计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW坐标，可得到车箱高度。以点P3为例，首先，将P3的像素平面坐标(u3,v3)转换到XWYWZW坐标系，记为(X3,Y3,Z3)，然后得到空间直线OCP3并计算该直线与平面YW＝(YW1+YW2)/2的交点，推导过程与步骤5相同。可得：
同理可得：
步骤7、车箱长度检测。参照图8，车箱长度通过计算P5和P3在YW方向的距离以及P6和P4在YW方向的距离来确定，可表示为L＝(YW5+YW6-YW3-YW4)/2，式中，YW5、YW6分别为P5,P6在XWYWZW坐标系中的的YW坐标值。因此仅需计算P5和P6在XWYWZW坐标系中的YW坐标，可得到车箱长度。以点P5为例，首先，将P5的像素平面坐标(u5,v5)转换到XWYWZW坐标系，记为(X5,Y5,Z5)，然后得到空间直线OCP5并计算该直线与平面ZW＝H的交点，推导过程与步骤5相同。可得：
同理可得：
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (6)
1.用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，
基于用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统，所述用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测系统包括摄像机(1)、测距传感器(4)和数据处理装置，其中，所述摄像机(1)和测距传感器(4)均与数据处理装置电连接；所述摄像机(1)固定于装车室(2)入口处顶棚，摄像机(1)的光轴与车道中线(8)所在的铅锤平面重合，且摄像机(1)的光轴与地面的夹角为40°～45°；所述测距传感器(4)固定在自卸车(7)上方，测距传感器(4)的探测方向与车道中线(8)所在的铅锤平面重合，且探测方向垂直于地面；其中，所述测距传感器(4)用于自卸车(7)的到位检测，当测距传感器(4)检测到的距离值在设定区间时，向数据处理装置发出信息号，所述数据处理装置用于接收测距传感器(4)发出的信号，并向摄像机(1)发出采集图像指令；所述摄像机(1)用于在采集图像指令下拍摄一帧图像，并传递至数据处理装置，所述数据处理装置还用于根据摄像机(1)拍摄到的图像计算自卸车(7)的车箱(9)的长、宽和高；
所述检测方法包括以下步骤：
步骤1、摄像机标定：确定自卸车(7)的空间坐标到图像像素平面坐标的对应关系，其中，uv为像素平面坐标系，xy为图像平面坐标系，uv和xy与摄像机(1)的感光芯片重合；XCYCZC为摄像机(1)的空间坐标系，ZC与摄像机(1)的光轴重合；XWYWZW为自卸车空间坐标系，其中，XWYW平面与地面重合；XWYWZW空间到uv平面的转换关系如下：
采用标定方法确定出参数f,dx,dy,u0,v0,R,T；上式中，f为摄像机的镜头等效焦距，dx为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，dx,dy分别为感光芯片在x和y方向上单个像素的物理尺寸，u0,v0为感光芯片中心的像素坐标，R为自卸车坐标系到像素平面坐标系的旋转矩阵，T为自卸车坐标系到像素平面坐标系的平移矩阵；
步骤2、自卸车到位检测：波测距传感器(4)垂直向下探测距离，当超声波测距传感器检测到的距离值L在设定范围内时，认为自卸车停靠到位；此时，波测距传感器(4)向数据处理装置发送信号，数据处理装置向摄像机(1)发出采集图像指令，摄像机(1)拍摄一帧图像；
步骤3、车箱轮廓线检测：在步骤2拍摄到的图像中，检测出车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；
步骤4、车箱轮廓角点检测：在像素平面坐标系uv中，求出车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线在图像平面uv中的交点P1、P2、P3、P4、P5和P6的坐标(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3),(u4,v4),(u5,v5),(u6,v6)；其中，P1为车箱后侧板下沿轮廓线与车箱后侧板左轮廓线的交点，P2为车箱后侧板下沿轮廓线与车箱后侧板右轮廓线的交点，P3为车箱后侧板上沿轮廓线与车箱后侧板左轮廓线的交点，P4为车箱后侧板上沿轮廓线与车箱后侧板右轮廓线的交点，P5为车箱前侧板上沿轮廓线与车箱左侧板上沿轮廓线的交点，P6为车箱前侧板上沿轮廓线与车箱右侧板上沿轮廓线的交点；
步骤5、计算车箱宽度、车箱高度和车箱宽度：
计算车箱宽度：计算P1和P2的XWYWZW空间坐标，P1的XWYWZW空间坐标为(XW1、YW1、ZW1),P2的XWYWZW空间坐标为(XW2、YW2、ZW2),车箱宽度W＝|XW1-XW2|；
计算车箱高度：计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW值ZW3和ZW4，车箱高度H＝(ZW3+ZW4-2d)/2，式中，d为车箱底板距地面高度；
计算车箱长度：计算P5和P6的XWYWZW坐标系中的YW值YW5和YW6，车箱长度L＝(YW5+YW6-YW1-YW2)/2。
2.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、在步骤2得到的图像中预先设置6个待检测区域，记为区域ROI1～ROI6，每个区域作为一幅子图像，区域ROI1～ROI6分别用于检测车箱后侧板左轮廓线、车箱后侧板右轮廓线、车箱左侧板上沿轮廓线、车箱右侧板上沿轮廓线、车箱前侧板上沿轮廓线以及车箱后侧板下沿轮廓线；
步骤3.2、对于矩形区域ROI1～ROI6区域，首先进行图像均值滤波去噪，滤波器大小为5×5像素，在区域ROI1～ROI6中进行逐像素遍历处理；
步骤3.3、在矩形区域ROI1～ROI6中采用Hough变换提取直线。
3.根据权利要求2所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤3.3中，对区域ROI3仅提取与水平方向夹角为60°～80°的直线，对区域ROI4仅提取与水平方向夹角为100°～120°的直线，对区域ROI1和区域ROI2仅提取与水平方向夹角为85°～95°的直线，对区域ROI5和区域ROI6仅提取与水平方向夹角为-5°～5°的直线。
4.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤5中，计算车箱宽度包括以下步骤：
步骤5.1进行坐标转换，将XCYCZC坐标系原点OC和像素平面中P1的坐标(u1,v1)转换到XWYWZW坐标系，转换后记为(X0,Y0,Z0)和(X1,Y1,Z1)，转换计算公式如下：
其中，R′为R的逆；
步骤5.2，计算空间直线OCP1与平面ZW＝d的交点(XW1,YW1,ZW1)；空间直线OCP1的方程为：
由于平面ZW＝d为车箱底板，因此ZW＝d代入直线方程，可得P1的XWYWZW空间坐标为：
步骤5.3，利用步骤5.1至步骤5.2的方法计算P2的XWYWZW空间坐标(XW2,YW2,ZW2)。
5.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤5中，计算P3和P4在XWYWZW坐标系中的ZW轴坐标包括以下步骤：
将P3的像素平面坐标(u3,v3)转换到XWYWZW坐标系，记为(X3,Y3,Z3)，然后得到空间直线OCP3并计算该直线与平面YW＝(YW1+YW2)/2的交点，可得：
同理可得：
6.根据权利要求1所述的用于沥青混凝土搅拌站的自卸车货厢尺寸检测方法，其特征在于，步骤5中，计算P5和P6在XWYWZW坐标系中的YW轴的坐标包括以下步骤：
首先，将P5的像素平面坐标(u5,v5)转换到XWYWZW坐标系，记为(X5,Y5,Z5)，然后得到空间直线OCP5并计算该直线与平面ZW＝H的交点，可得：
同理可得：
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