CN110095062A - 一种物体体积参数测量方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物体体积参数测量方法、装置及设备，属于测量技术领域。该方法包括：获取目标物的点云信息；根据所述目标物的点云信息确定目标物的形状；当所述目标物的形状是规则立方体时，结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息；当所述目标物的形状是非规则立方体时，对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息。本发明可以方便、快速、自动、准确的测量出规则立方体物体以及非规则立方体物体的体积参数。

Description

一种物体体积参数测量方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种物体体积参数测量方法、装置及设备。

背景技术

近年来随着物流行业的兴起，对于如何节约物流成本，提高仓储空间的利用率，成为人们关心的焦点，本发明正是为了满足物流行业的诸多痛点而提出的。

传统的对物体进行体积测量都是相关人员手工测出物体的长宽高，或者将物体放入大型不可移动的设备中测量。传统的物体测量方法存在以下缺陷：1.传统测量方法对测量设备要求高，且多为依靠固定式体积测量设备，不可移动；2.传统测量方法仅适用于单一测量要求(物流中的包裹形状多种多样，并非只是单一的立方体形状)，难以实现同时对规则物体及不规则物体进行测量；3.传统测量方法多采用浸水、气压等其他接触式的方式进行测量，因此操作繁琐，并对被测物性质提出了要求，不适用于扩展。

另外，现有技术中基于深度相机的体积测量方法，对于复杂背景通常需要使用降噪背景板，用于排除背景环境的噪声干扰，即对拍摄背景有一定要求，另外对拍摄角度也有限制，通常需要拍摄角度可以完全照射到目标物的三个面才可以进行测量，并且现有技术中基于深度相机的体积测量方法只适用于立方体包裹物体的测量，对于不规则物体则无法进行测量。

综上，现有技术在进行测量时存在着需要拍照视角固定、对物体的朝向有要求、测量流程较繁琐、测量精度不高等缺点。

发明内容

针对现有技术中的技术缺陷，本发明提出了一种方便、自动、准确的物体体积参数测量方法、装置及设备。

本发明提供的一种物体体积参数测量方法，包括以下步骤：

获取目标物的点云信息；

根据所述目标物的点云信息确定目标物的形状；

当所述目标物的形状是规则立方体时，结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息；

当所述目标物的形状是非规则立方体时，对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息。

本发明提供的一种物体体积参数测量装置，包括：

获取模块，用于获取目标物的点云信息；

形状识别模块，用于根据所述获取模块获取的点云信息确定目标物的形状；

第一计算模块，用于当所述形状识别模块判定所述目标物的形状是规则立方体时，结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息；

第二计算模块，用于当所述形状识别模块判定所述目标物的形状是非规则立方体时，对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息。

本发明具有如下有益效果：实现了方便(被测物体摆放随意，摄像头拍摄物体角度随意)、快速(在获取深度图像数据后通过处理器实时计算)、自动(不需要人工参与测量过程)、准确(测量精度能达到甚至超过深度传感器的测量精度)的测量出规则立方体物体以及非规则立方体物体的长宽高数据。

附图说明

图1是本申请实施例中的一种物体体积参数测量方法的流程图；

图2是本申请实施例中的判断目标物为规则立方体或非规则立方体的方法流程图；

图3是本申请实施例中的一种物体体积参数测量装置的组成框图。

具体实施方式

为了使得本申请的技术方案更加清楚、易于理解，下面将结合附图和具体场景对本申请的物体体积参数测量方法进行详细介绍。

如图1所示，本实施例的一种物体体积参数测量方法，包括以下步骤：

步骤101：获取深度图像；

本实施例中优选的，通过深度相机或双目立体相机采集获取深度图像后执行步骤102，或者是通过激光扫描仪直接得到点云数据并执行步骤103。

步骤102：基于所述深度图像获取目标物的点云信息；

具体的，将获取的深度图像转换为三维空间点云数据，对三维空间点云数据进行点云分割，去除背景点云数据，以及对点云数据进行聚类处理，由此获得目标物(例如包裹)的点云信息。

本实施例中，对三维空间点云数据进行点云分割，去除背景点云数据，以及对点云数据进行聚类处理，由此获得目标物(例如包裹物体)的点云信息具体为：对三维空间点云数据，采用RANSAC(随机抽样一致性算法)从观测数据集中，通过迭代方式估计出平面模型参数，以此估计出的参数作为背景地面方程参数，并对此背景地面点云数据从整个点云数据中进行去除，然后对剩下的点云数据采用K-mean算法(K均值聚类算法)，根据欧氏距离迭代估计出各个三维点的所属类别，以此从中筛选出目标物的点云数据。

步骤103：根据所述目标物的点云信息判断目标物的形状，如果是非规则立方体则执行步骤104，如果是规则立方体则执行步骤105；

具体的，本步骤的实现具体为如图2所示流程：

步骤201：对目标物的点云信息，通过迭代方式估计出平面模型参数；

具体的，对目标物的点云数据进行RANSAC(随机抽样一致性算法)，通过迭代的方式估计出平面模型参数。

步骤202：根据估计出的平面模型参数确定平面，采用边缘拟合的方式从所有平面中抽取四条边的平面方程信息；

步骤203：根据平面方程信息判断所有平面中抽取出的四条边是否满足两两近似垂直，是则执行步骤204，否则执行步骤205。

步骤204：判定目标物为规则立方体。

步骤205：判定目标物为非规则立方体。

本实施例可以针对各种样式的包裹计算其体积参数，相比现有技术要么因为只能固定角度垂直向下测量，要么只能测量单一规则包裹体积，本实施例的方法明显具有测量方式简单、方便易用的特点。

步骤104：对所述目标物的点云信息进行投影操作，获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息，根据获取的所述长度信息、宽度信息和高度信息计算出目标物的体积；

本实施例中，本步骤的实现具体如下：

a1、对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点在背景地面方程上的投影，获取投影到同一个平面上的点云(空间中的平面)；

a2、对获取的投影点云数据，采用最小面积包围矩形算法，可以获取包围此投影点云数据的最小矩形的四个顶点坐标，根据此四个排序好的坐标，根据坐标点之间的距离，可以分别计算出非规则目标物的长度A以及宽度B；

a3、对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点到背景地面方程的距离并保存，从保存的距离值中统计出距离最大值记为非规则目标物的高度H；

a4、根据长度A、宽度B和高度H计算出目标物的体积。

步骤105：结合背景地面信息，测量获取目标物的长宽高信息，根据长宽高信息计算出目标物的体积。

本实施例中，对目标物的点云信息，通过迭代方式估计出平面模型参数，根据平面模型参数确定抽取出的平面，若抽取出的是一个矩形平面则采用如下1)的方法得到长宽高信息，若抽取出的是多个平面则采用如下2)的方法得到长宽高信息。

1)如果只抽取出了一个矩形平面，则认为此时近似垂直向下进行测量，则判断目标物为单面规则立方体，然后计算该矩形平面的平面方程与背景地面方程的距离，从而求得规则立方体的高度H，再根据该矩形平面的四条边的直线方程，求得两对平行直线方程之间的距离，以此来求得规则立方体的长度A和宽度B；

2)如果抽取出了多个平面，则判断目标物为多面规则立方体，首先用这多个平面方程的法向量分别与背景地面方程的法向量计算夹角，根据夹角确定抽取出的平面是否与背景地面近似平行，进而从抽取出的多个平面中确定一个面为立方体的上表面，根据上表面的点云数据以及上表面的四条边的直线方程，通过上述1)的求解长宽高的方法计算出规则立方体的高度H、长度A以及宽度B。

本申请的实施例还提供了一种物体体积参数测量装置，如图3所示，包括获取模块301、形状识别模块302、第一计算模块303、第二计算模块304和体积计算模块305，其中各模块的功能描述如下：

获取模块301，用于获取目标物的点云信息；

形状识别模块302，用于根据所述获取模块301获取的点云信息确定目标物的形状；

第一计算模块303，用于当所述形状识别模块302判定所述目标物的形状是规则立方体时，结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息；

第二计算模块304，用于当所述形状识别模块302判定所述目标物的形状是非规则立方体时，对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息。

体积计算模块305，用于根据所述第一计算模块303或者所述第二计算模块304计算得到的所述长度信息、所述宽度信息和所述高度信息计算目标物的体积。

进一步的，所述形状识别模块包括：

处理单元，用于对目标物的点云信息，通过迭代方式估计出平面模型参数，根据估计出的平面模型参数确定抽取出的平面，采用边缘拟合的方式从抽取出的平面中抽取四条边的平面方程信息；

判定单元，用于根据所述处理单元得到的所述平面方程信息判断平面的四条边是否满足两两近似垂直，是则判定目标物为规则立方体；否则判定目标物为非规则立方体。

所述第一计算模块包括用于确定当前平面的确定单元和用于根据所述确定单元确定的当前平面计算长宽高信息的第一计算单元；

所述确定单元，具体用于当所述目标物为单面规则立方体时，则确定该单面为当前平面；当所述目标物为多面规则立方体时，则首先用多个平面方程的法向量分别与背景地面方程的法向量计算夹角，根据所述夹角从多个平面中确定出一个面为立方体的上表面，将该上表面作为当前平面；

所述第一计算单元，具体用于计算所述确定单元确定的当前平面的平面方程与背景地面方程的距离以求得规则立方体的高度信息，再根据当前平面的四条边的直线方程求得两对平行直线方程之间的距离，并记为规则立方体的长度信息和宽度信息。

所述第二计算模块包括投影操作单元、第二计算单元和第三计算单元；

所述投影操作单元，具体用于对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点在背景地面方程上的投影，获取投影到同一个平面上的投影点云数据；

所述第二计算单元，具体用于对所述投影操作单元获取的投影点云数据，采用最小面积包围矩形算法，获取包围所述投影点云数据的最小矩形的四个顶点坐标，根据所述四个顶点坐标计算坐标点之间的距离以求得非规则立方体的长度信息和宽度信息；

所述第三计算单元，具体用于对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点到背景地面方程的距离并保存，从计算并保存的距离中统计出距离最大值记为非规则立方体的高度信息。

本申请实施例还提供了一种物体体积参数测量设备，包括处理器以及存储器。

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行本申请方法实施例中具体公开的物体提及参数测量方法。

进一步的，该设备还包括用于获取深度图像的深度相机或双目立体相机，或者是包括用于直接获取点云信息的激光扫描仪。

优选的，本实施例提及的设备是一种搭载有深度、彩色摄像头传感器的便携手持式设备，例如手机。

本实施例提供的测量方法、装置及设备，可广泛应用于物流行业，对于节约物流成本，提高仓储空间利用率有显著效果。通过手持设备，随时测量随时输出结果，并且可以针对各种样式的包裹计算其最小的包围立方体体积，方便实用。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种物体体积参数测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标物的点云信息；

根据所述目标物的点云信息确定目标物的形状；

当所述目标物的形状是规则立方体时，结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息；

当所述目标物的形状是非规则立方体时，对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据得到的所述长度信息、所述宽度信息和所述高度信息计算得到目标物的体积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标物的点云信息具体为：先获取深度图像，然后将获取的深度图像转换为三维空间点云数据，对三维空间点云数据进行点云分割，去除背景点云数据，以及对点云数据进行聚类处理以得到目标物的点云信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标物的点云信息确定目标物的形状具体包括：

步骤s1：对目标物的点云信息，通过迭代方式估计出平面模型参数；

步骤s2：根据估计出的平面模型参数确定抽取出的平面，采用边缘拟合的方式从抽取出的平面中抽取四条边的平面方程信息；

步骤s3：根据所述平面方程信息判断所述四条边是否满足两两近似垂直，是则判定目标物为规则立方体；否则判定目标物为非规则立方体。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息具体包括：

对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点在背景地面方程上的投影，获取投影到同一个平面上的投影点云数据；对获取的投影点云数据，采用最小面积包围矩形算法，获取包围所述投影点云数据的最小矩形的四个顶点坐标，根据所述四个顶点坐标计算坐标点之间的距离以求得非规则立方体的长度信息和宽度信息；

对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点到背景地面方程的距离并保存，从计算并保存的距离中统计出距离最大值记为非规则立方体的高度信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息具体包括：

确定当前平面：若所述目标物为单面规则立方体，则该单面为当前平面；若所述目标物为多面规则立方体，则首先用多个平面方程的法向量分别与背景地面方程的法向量计算夹角，根据所述夹角从多个平面中确定出一个面为立方体的上表面，将该上表面作为当前平面；

计算长宽高信息：计算当前平面的平面方程与背景地面方程的距离以求得规则立方体的高度信息，再根据当前平面的四条边的直线方程求得两对平行直线方程之间的距离，并记为规则立方体的长度信息和宽度信息。

7.一种物体体积参数测量装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标物的点云信息；

形状识别模块，用于根据所述获取模块获取的点云信息确定目标物的形状；

第一计算模块，用于当所述形状识别模块判定所述目标物的形状是规则立方体时，结合背景地面信息，测量获取目标物的长度信息、宽度信息和高度信息；

第二计算模块，用于当所述形状识别模块判定所述目标物的形状是非规则立方体时，对目标物的点云信息进行投影操作以获取长度信息和宽度信息，对所述目标物的点云信息进行二重积分计算获得高度信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：体积计算模块，用于根据所述第一计算模块或者所述第二计算模块计算得到的所述长度信息、所述宽度信息和所述高度信息计算目标物的体积。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述形状识别模块包括：

处理单元，用于对目标物的点云信息，通过迭代方式估计出平面模型参数，根据估计出的平面模型参数确定抽取出的平面，采用边缘拟合的方式从抽取出的平面中抽取四条边的平面方程信息；

判定单元，用于根据所述处理单元得到的所述平面方程信息判断平面的四条边是否满足两两近似垂直，是则判定目标物为规则立方体；否则判定目标物为非规则立方体。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块包括用于确定当前平面的确定单元和用于根据所述确定单元确定的当前平面计算长宽高信息的第一计算单元；

所述确定单元，具体用于当所述目标物为单面规则立方体时，则确定该单面为当前平面；当所述目标物为多面规则立方体时，则首先用多个平面方程的法向量分别与背景地面方程的法向量计算夹角，根据所述夹角从多个平面中确定出一个面为立方体的上表面，将该上表面作为当前平面；

所述第一计算单元，具体用于计算所述确定单元确定的当前平面的平面方程与背景地面方程的距离以求得规则立方体的高度信息，再根据当前平面的四条边的直线方程求得两对平行直线方程之间的距离，并记为规则立方体的长度信息和宽度信息。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括投影操作单元、第二计算单元和第三计算单元；

所述投影操作单元，具体用于对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点在背景地面方程上的投影，获取投影到同一个平面上的投影点云数据；

所述第二计算单元，具体用于对所述投影操作单元获取的投影点云数据，采用最小面积包围矩形算法，获取包围所述投影点云数据的最小矩形的四个顶点坐标，根据所述四个顶点坐标计算坐标点之间的距离以求得非规则立方体的长度信息和宽度信息；

所述第三计算单元，具体用于对目标物的所有三维点云数据，分别计算所有点到背景地面方程的距离并保存，从计算并保存的距离中统计出距离最大值记为非规则立方体的高度信息。

12.一种物体体积参数测量设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1至6任一项所述的方法。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：深度相机或激光扫描仪或双目立体相机。