CN110120132A - 用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法 - Google Patents

用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其为：步骤S1：对物品进行拍照，获得对应的图像；步骤S2：检测图像中的物品外形的棱线和关键点；步骤S3：由图像坐标反算得到实际的尺寸大小；步骤S4：根据实际尺寸大小确定所需要的虚拟单元格大小T；步骤S5：给物品分配最佳的空间。本发明具有原理简单、易实现、能够实现空间可变优化配置等优点。

Description

用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配 方法
技术领域
本发明主要涉及到物流、快递及仓储领域，特指一种用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法。
背景技术
随着物流和快递行业的迅猛发展，如何能够提高物品送达的速度及安全性成为一个急需解决的问题。而快递柜(又可为物流柜、仓储柜)是面向终端用户或者作为中转节点的关键所在。
现有的柜体均采用地面固定安装的方式，以小区内普遍所见的快递柜为例，大多均是在柜体上直接设置大小不一的若干个存储腔，每个存储腔都设置有一个用来封闭的箱门。送货人员会根据货品的大小来选择一个适合的存储腔，利用APP或其他方式打开对应箱门，将货品放入；而取货品的人则会根据对应的取货码或APP打开存储货品的箱门，取走货品。
上述传统的柜体结构虽然操作相对方便，但仍然存在一些问题：虽然柜体上的存储腔规格不一，但是每种规格都是固定的，即柜格的空间大小是固定的，无法调整其大小。也就是说，面对一些特定规格的货品，柜体上的存储腔数量时有限的，并不能随时找到，这样就给配送人员造成了较大的困难，造成无法完成配送工作。进一步，对于智能化的配送设备而言，则更是造成了极大的困难。
于是，有从业者提出了一种空间可变的柜体，即柜体上的若干个用来放置物件的容置空间，每个容置空间上具有独立的柜门，可根据需要选择打开相邻的柜门或打开两个以上柜门以实现容置空间的扩大。但是，这种空间可变的柜体仍然存在一些不足：由于柜体上独立容置空间的数量是有限的，当打开两个或两个以上的独立柜门后，有可能会影响到周边容置空间的延展性，从而影响到柜体整体的使用效率，以及影响到柜体上其他未打开(处于未使用状态)容置空间的延展性。甚至，在有些极端使用状态下，会造成柜体经常出现不能预留出可用空间的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易实现、能够实现空间可变优化配置的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其步骤为：
步骤S1：对物品进行拍照，获得对应的图像；
步骤S2：检测图像中的物品外形的棱线和关键点；
步骤S3：由图像坐标反算得到实际的尺寸大小；
步骤S4：根据实际尺寸大小确定所需要的虚拟单元格大小T；
步骤S5：给物品分配最佳的空间。
作为本发明方法的进一步改进：还设置一个固定的工作台，将物品放置于固定的工作台上，贴合底面和侧面。
作为本发明方法的进一步改进：在步骤S2中对物品和工作台进行拍照，获得对应的图像。
作为本发明方法的进一步改进：在步骤S1之前，先对图像采集设备先进行内参数标定。
作为本发明方法的进一步改进：还包括标定相机与固连的测量工作台的外部关系，获得图像坐标与工作台的实际位置的相对关系。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S5的流程为：
步骤S501：将格子柜的柜体上每一个容置腔定义为一个虚拟单位格，输入所需要的虚拟单元格大小T；
步骤S502：在控制程序中将目标格子柜设置为初始搜索的格子柜；
步骤S503：获取目标格子柜的实时空闲状况；
步骤S504：对目标格子柜上连续空闲区域大小进行排序，形成排序表；
步骤S505：从排序表中按顺序搜索符合条件的空间；
步骤S506：如果排序表中找到了大小为T的连续空间，则获取与虚拟单位格对应的实际单元格的位置，打开这些实际单元格；结束；若没有找到，判定物品无法存放，则停止搜索。
作为本发明方法的进一步改进：将多个格子柜联排在一起形成协同控制，所述步骤S506还包括：
若在当前格子柜中没有搜索到大小为T的连续空间，则返回步骤S502进一步将其余格子柜中的一个设定为初始搜索的格子柜。如若所有格子柜搜索完毕，仍然无法获取大小为T的连续空间，判定物品无法存放，则停止搜索。
作为本发明方法的进一步改进：多个格子柜按照预设的搜索顺序进行按序依次搜索。
作为本发明方法的进一步改进：选择将最前面、最后面、最上面或者最下面的任意一个柜体预设为第一个初始搜索的格子柜。
作为本发明方法的进一步改进：在步骤S504中搜索的顺序为水平方向或竖直方向，或以组为单位进行搜索，每个所述组包括两个以上的虚拟单位格。
作为本发明方法的进一步改进：在步骤S501中预设好虚拟单位格的容积大小。
作为本发明方法的进一步改进：在同一个格子柜的柜体上虚拟单元格的大小相同或者不相同。
作为本发明方法的进一步改进：在步骤S501中预设好虚拟单位格的容积大小，多个格子柜之间的虚拟单位格大小相同或者不相同。
作为本发明方法的进一步改进：所述连续空闲区域，指的是同一个格子柜中，连续的空闲实际单元格的总体大小。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S506中还包括：计算每一个大小为T的空间被占用后基于时间预测的未来可存放的物品方案。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，原理简单、易实现，通过优化设计，能够让单个或多个格子柜上的容置空间实现最为优化的配置和分配，从而最大可能的提高容置空间的延展性和柜子整体的使用效率。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明在一个具体应用实例中的原理示意图。
图3是本发明在一个具体应用实例中对物品进行测量的原理示意图。
图4是本发明在一个具体应用实例中对物品取像之后的示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的方法主要适用于采用空间可变的物流柜(格子柜)，该物流柜包括柜体和控制部件，所述柜体上设置有两个以上用来放置物品的容置腔，每个容置腔均设置有至少一个独立箱门，所述箱门上设置有箱门锁止部件，相邻所述容置腔之间设置有隔板，所述隔板将相邻容置腔分隔成各自独立的空间，每个容置腔内均设置有用来固定并锁紧隔板的隔板锁止部件；在控制部件的控制下，相邻两个以上的容置腔的箱门锁止部件同时打开，松开隔板锁止部件并操作隔板之后该相邻两个以上的容置腔处于连通状态。本发明的方法主要用来实现物流柜上容置腔的优化分配。
如图1和图2所示，本发明用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其步骤为：
步骤S1：对物品进行拍照，获得对应的图像；
步骤S2：检测图像中的物品外形的棱线和关键点；
步骤S3：由图像坐标反算得到实际的尺寸大小
步骤S4：根据实际尺寸大小确定所需要的虚拟单元格大小T；
步骤S5：给物品分配最佳的空间。
在本发明的上述方法中，还设置一个固定的工作台，将物品放置于固定的工作台(T)上，贴合底面和侧面。进一步，在步骤S2中对物品和工作台进行拍照，获得对应的图像。
在本发明的上述方法中，在步骤S1之前，还可以先对图像采集设备P(如：摄像头)先进行内参数标定。而且，还可以标定相机与固连的测量工作台的外部关系，获得图像坐标与工作台的实际位置的相对关系。
在本发明的具体应用实例中，步骤S5的详细流程为：
步骤S501：将格子柜的柜体上每一个容置腔定义为一个虚拟单位格，输入所需要的虚拟单元格大小T；
步骤S502：在控制程序中将目标格子柜设置为初始搜索的格子柜；
步骤S503：获取目标格子柜的实时空闲状况；
步骤S504：对目标格子柜上连续空闲区域大小进行排序，形成排序表；
步骤S505：从排序表中按顺序搜索符合条件的空间；
步骤S506：如果排序表中找到了大小为T的连续空间，则获取与虚拟单位格对应的实际单元格的位置，打开这些实际单元格；结束；若没有找到，判定物品无法存放，则停止搜索。
在本发明的上述方法中，进一步可以将多个格子柜联排在一起形成协同控制，那么在步骤S506中若在当前格子柜中没有搜索到大小为T的连续空间，则返回步骤S502进一步将其余格子柜中的一个设定为初始搜索的格子柜。如若所有格子柜搜索完毕，仍然无法获取大小为T的连续空间，判定物品无法存放，则停止搜索。
在本发明的上述方法中，多个格子柜中可以根据实际需要来对搜索的顺序进行排列，例如可以根据实际需要，选择将最前面、最后面、最上面或者最下面的任意一个柜体预设为第一个初始搜索的格子柜。搜索的顺序也可以根据实际需要来进行选择，如在步骤S504中搜索的顺序为水平方向或竖直方向，或以组为单位进行搜索，每个所述组包括两个以上的虚拟单位格。
在本发明的上述方法中，在步骤S501中可以预设好虚拟单位格的容积大小。在同一个格子柜的柜体上虚拟单元格的大小可以相同，也可以不相同。多个格子柜之间的虚拟单位格大小可以相同，也可以不相同。在较佳的实施例中，可以在不同格子柜上设置预定容积不同的虚拟单位格，这样子可以根据实际需要来进行最佳的组合，从而提高格子柜的整体使用效率。
在本发明的上述方法中，所述连续空闲空间，指的是同一个格子柜中，连续的空闲实际单元格的总体大小。
在本发明的上述方法中，在步骤S506可以进一步将排序表中符合条件的进行连续空闲空间排序，该连续空闲空间排序可以根据实际情况按照从小到大排序，也可以从大到小排序。
如图2所示，在一个具体应用实例中，一个用纸箱子封装好的包裹，具有ABCDEFGH一共8个顶点。摄像头已经进行过内参数标定，并且已经进行了内参数校正，消除了摄像头自身带来的变形。
然后将摄像头安装好，为了计算的方便，将摄像头安装在测量工作台正对面的某一个角上，物品放置的时候放置于测量工作台上与摄像头斜对应的角上。
并且用摄像头拍摄测量工作台的照片，进行外参数标定。在工作台上有a、b、c、d、e、f六个标志点，需要标定相机与abcd平面的关系，以及相机与cdef平面的关系。标定时，首先定义abcd平面的笛卡尔坐标系，获取a、b、c、d四个点在abcd平面内的二维坐标，同理，获取c、d、e、f四个点在cdef平面内的二维坐标。
令a、b、c、d四个点在abcd平面内的二维坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xc，yc)、(xd，yd),c、d、e、f四个点在cdef平面内的二维坐标分别为(mc,nc)、(md,nd)、(me,ne)、(mf,nf)。
abcd平面的坐标与图像坐标系的转换关系为：
上式中[x,y]T为abcd平面上的点，a11、a12、a21、a22为旋转参数，[u,v]T为图像中的像素坐标，△u和△v为平移参数。
公式中有6个未知参数，通过6个方程可以求解所有参数。目前有a、b、c、d四个已经点，它们在abcd平面上的坐标已知，它们在图像坐标系统的像素坐标可以通过图像计算获得(角点检测算法或者其他的什么算法，已经为公知；或者是在几个点上坐上标记，就可以很轻松地在图像中获取相应的图像像素坐标)。4组坐标可以可到8个方程，可以得到这个方程的所有参数。
同理可以求得cdef平面的坐标与图像坐标系的转换关系:
当物品放置于测量工作台上时，要求物品的3条棱线尽量与测量工作台的棱线对齐。物品的HE棱线与da棱线对齐，HG棱线与dc棱线对齐，HD棱线与de棱线对齐。如图3所示。
放置好物品后，利用摄像头获取工作台以及物品的图像如图4所示。
需要通过图像获取物品的长、宽、高三个参数。对比图4可知，实际上就是要获取E、F、G、C这四个点的实际坐标。
因此，需要通过角点检测算法等首先获取这四个点在图像中的坐标。然后通过公式：
获取E、F、G在abcd平面上的坐标(xe，ye)、(xf，yf)、(xg，yg)。
通过公式：
获取G、C两个点在cdef平面上的坐标(mg，ng)、(mc、nc)。
物品长度L的计算方法为：
物品宽度W的计算方法为：
物品高度H的计算方法为：
接下来，利用物品的长、宽、高三个参数，计算物品需要的虚拟单元格大小T。
这里有几种方法：
令标准单元格的长宽高分别为l、w、h，假设M、N为自然数。
【实施方式一】
默认物品的长和宽是小于标准单元格的长和宽的，因此只需要考虑高度。因此此方法非常简单：
若N*h＜H≤(N+1)*h，那么选择N+1个标准单元格存放此物品，那么T＝N+1。
【实施方式二】
穷尽搜索法，此方法和方法一的不同在于，物品可以倒着放，或者侧一下再放。并不是方法一中的物品长宽高与分配空间的长宽高一致。这样可以提高空间利用率。
首先，设置起始N，N＝1；
然后，判断l×w×Nh的空间能否满足L×W×H的物品需求，如果可以，则T＝N，结束；如果不可以，则N+1，重复这个步骤。
【实施方式三】
带启发的搜索法，此方法和方法二的不同在于，先进行大小预判，从最可能的起点开始
首先，计算起始的N。计算方法为：
其中ceil为向上取整函数。
然后，判断l×w×Nh的空间能否满足L×W×H的物品需求，如果可以，则T＝N，结束；如果不可以，则N＝N+1，重复这个步骤。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，步骤为：
步骤S1：对物品进行拍照，获得对应的图像；
步骤S2：检测图像中的物品外形的棱线和关键点；
步骤S3：由图像坐标反算得到实际的尺寸大小；
步骤S4：根据实际尺寸大小确定所需要的虚拟单元格大小T；
步骤S5：给物品分配最佳的空间。
2.根据权利要求1所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，还设置一个固定的工作台，将物品放置于固定的工作台上，贴合底面和侧面。
3.根据权利要求2所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，在步骤S2中对物品和工作台进行拍照，获得对应的图像。
4.根据权利要求3所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，在步骤S1之前，先对图像采集设备先进行内参数标定。
5.根据权利要求4所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，还包括标定相机与固连的测量工作台的外部关系，获得图像坐标与工作台的实际位置的相对关系。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，所述步骤S5的流程为：
步骤S501：将格子柜的柜体上每一个容置腔定义为一个虚拟单位格，输入所需要的虚拟单元格大小T；
步骤S502：在控制程序中将目标格子柜设置为初始搜索的格子柜；
步骤S503：获取目标格子柜的实时空闲状况；
步骤S504：对目标格子柜上连续空闲区域大小进行排序，形成排序表；
步骤S505：从排序表中按顺序搜索符合条件的空间；
步骤S506：如果排序表中找到了大小为T的连续空间，则获取与虚拟单位格对应的实际单元格的位置，打开这些实际单元格；结束；若没有找到，判定物品无法存放，则停止搜索。
7.根据权利要求6所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，将多个格子柜联排在一起形成协同控制，所述步骤S506还包括：
若在当前格子柜中没有搜索到大小为T的连续空间，则返回步骤S502进一步将其余格子柜中的一个设定为初始搜索的格子柜。如若所有格子柜搜索完毕，仍然无法获取大小为T的连续空间，判定物品无法存放，则停止搜索。
8.根据权利要求7所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，多个格子柜按照预设的搜索顺序进行按序依次搜索。
9.根据权利要求8所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，选择将最前面、最后面、最上面或者最下面的任意一个柜体预设为第一个初始搜索的格子柜。
10.根据权利要求8所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，在步骤S504中搜索的顺序为水平方向或竖直方向，或以组为单位进行搜索，每个所述组包括两个以上的虚拟单位格。
11.根据权利要求6所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，在步骤S501中预设好虚拟单位格的容积大小。
12.根据权利要求6所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，在同一个格子柜的柜体上虚拟单元格的大小相同或者不相同。
13.根据权利要求6所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，在步骤S501中预设好虚拟单位格的容积大小，多个格子柜之间的虚拟单位格大小相同或者不相同。
14.根据权利要求6所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，所述连续空闲区域，指的是同一个格子柜中，连续的空闲实际单元格的总体大小。
15.根据权利要求6所述的用于空间可变柜的基于单目测量物品体积识别空间的分配方法，其特征在于，所述步骤S506中还包括：计算每一个大小为T的空间被占用后基于时间预测的未来可存放的物品方案。
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