CN110455215A - 一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法及装置，属于测量技术领域，获取待测物体与摄像头之间的距离d；通过摄像头对待测物体拍照，获取待测物体的图像；对获得的图像进行处理，得到待测物体在物理三维空间内的尺寸P(x，y，z)＝d*f*i(w，h，l)/I(W，H，L)；其中P(x、y、z)分别为物体在三维空间内的宽、高、长；i(w,h,l)为待测物体在像素空间内的长，宽，高；I(W，H，L)为图像空间尺寸；f为物理三维空间映射到像素空间的缩放因子。本发明通过测距装置的使用以及对像素空间内图像尺寸的测量得到待测物体在物理三维空间内的实际尺寸，具有操作简单、快速，以及方便喷涂设备根据物体的实际尺寸规划喷涂工作范围的作用。

Description

一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法及装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法及装置。

背景技术

建筑外墙的涂料喷涂，不仅能保护墙体免受太阳光和风雨侵害，还能体现建筑独特的风格，现在大部分的建筑外墙都采用这种保护方式。

目前，建筑外墙的喷涂多是通过智能化的喷涂设备进行，喷涂过程中需要机器视觉对建筑外墙上的目标进行识别，从而为喷涂设备规划工作范围(可作业范围)提供支持。

具体的，需要机器视觉能够识别出建筑外墙上目标的尺寸，但是现有技术中，喷涂设备上搭载的视觉系统并不能够识别目标的尺寸，其功能只是为操作人员提供视野，由操作人员根据视觉图像为喷涂设备规划工作范围，但是这个过程比较繁琐、速度较慢，导致喷涂效率不高。

发明内容

针对现有技术存在的喷涂设备上视觉系统无法识别建筑外墙上目标尺寸的问题，本发明的目的在于提供一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法，包括以下步骤：

步骤1、获取待测物体与摄像头之间的距离distance,缩写为d；

步骤2、通过摄像头对待测物体拍照，获取待测物体的图像；

步骤3、对步骤2中获得的图像进行处理，得到待测物体在物理三维空间内的尺寸P(x，y，z)＝d*f*i(w，h，l)/I(W，H，L)；

其中x为物体在三维空间内的宽、y为物体在三维空间内的高，z为物体在三维空间内的长；i为待测物体在像素空间内的图像尺寸image的缩写，w为像素空间内物体图像的宽，h为像素空间内物体图像的高，l为像素空间内物体图像的长；I为图像空间尺寸Image的缩写，W为图像空间的宽，H为图像空间的高，L为图像空间的长；f为物理三维空间映射到像素空间的缩放因子factor的缩写。

优选的，在步骤3中，包括以下步骤：

步骤31，所述处理器通过图像识别算法得到待测物体在图像中的轮廓；

步骤32，根据步骤31中确定的轮廓，所述处理器再通过图像测量系统计算所述待测物体在像素空间内的图像尺寸i。

优选的，在步骤3中，所述f的测量步骤为：

步骤301，取已知尺寸为P1的物体；

步骤302，对步骤301所述的物体拍照，调整拍摄位置，使所述物体的图像完全填充像素空间；

步骤303，测量拍摄位置到物体的距离d1，计算f＝P1/d1。

本发明还公开了一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，包括用于获取待测物体图像的摄像头、用于测量待测物体与所述摄像头之间距离的测距装置以及处理器，所述处理器用于计算待测物体在像素空间内的图像尺寸以及用于计算待测物体在物理三维空间内的实际尺寸。

优选的，所述测距装置为激光测距仪。

优选的，所述摄像头有两个。

进一步的，还包括RGB摄像头，所述RGB摄像头与所述处理器电连接。

进一步的，还包括载件，所述摄像头、所述测距装置和所述处理器均安装在所述载件上。

进一步的，还包括距离调节机构，所述载件安装在所述距离调节机构的输出端上。

优选的，所述距离调节机构包括滑轨、安装在所述滑轨上的工作台以及用于驱动所述工作台滑动的驱动机构，所述载件安装在所述工作台上。

另一种优选的，所述距离调节机构为伸缩式平台架。

采用上述技术方案，通过测量摄像头与待测物体之间的距离，并计算出待测物体在图像中所占的像素比例，即可得到物体的实际尺寸，从而不必对物体进行尺寸实测操作，使得物体的实际尺寸能够快速的反应到喷涂设备中，为喷涂设备确定工作范围提供支持，有效的提高喷涂设备的工作效率。

附图说明

图1为本发明的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法的方法流程图；

图2为本发明的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置的一种结构示意图；

图3为本发明的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置中载件的示意图；

图4为本发明的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置的另一种结构示意图。

图中:1-摄像头、11-左侧摄像头、12-右侧摄像头、2-测距装置、3-基本单元架、4-滑轨、5-工作台、6-载件、7-RGB摄像头、8-基座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、获取待测物体与摄像头之间的距离distance,缩写为d；

步骤2、通过摄像头对待测物体拍照，获取待测物体的图像；

步骤3、对步骤2中获得的图像进行处理，得到待测物体在物理三维空间内的尺寸P(x，y，z)＝d*f*i(w，h，l)/I(W，H，L)；

其中x为物体在三维空间内的宽、y为物体在三维空间内的高，z为物体在三维空间内的长；i为待测物体在像素空间内的图像尺寸image的缩写，w为像素空间内物体图像的宽，h为像素空间内物体图像的高，l为像素空间内物体图像的长；I为图像尺寸Image的缩写，W为图像空间的宽，H为图像空间的高，L为图像空间的长；f为物理三维空间映射到像素空间的缩放因子factor的缩写。

在步骤1中，通过现有技术中的激光测距仪、雷达测距仪等设备均能够得到距离d，此处不再赘述。

在步骤2中，摄像头1可以是任意一种能够将物体的轮廓完全呈现在图像上的拍摄设备均可。

在步骤3中，在i(w,h,l)数值的计算上，首先需要确定的是待测物体在图像上的轮廓，即步骤31，通过处理器中预置的能够识别图像中待测物体轮廓的图像识别算法，从而利用图像识别算法自动识别图像中待测物体的轮廓信息。

例如，利用图像识别算法分析待测物体与背景之间的色彩和明度，对待测物体的边界进行识别，得到待测物体的轮廓识别结果，即对应的轮廓。

又由于，通常图像由二维的像素组成，每个像素有一个特定的位置，即点坐标，上述待测物体的轮廓是由一系列边界像素组成，因此只需要在处理器中预先设置图像测量系统，再对组成待测物体轮廓的一系列边界像素进行处理即可获取待测物体在像素空间内的图像尺寸，即步骤32。

由于摄像头的缩放因子f是可知的，取已知尺寸为P1的物体并对该物体拍照，调整拍摄位置，使该物体的图像完全填充像素空间；再测量拍摄位置到物体的距离d1，计算f＝P1/d1，即可得到该摄像头的缩放因子f，再用该已知的缩放因子f去计算任意待测物体的物理空间三维尺寸。

因此，在测距装置测量出摄像头1与待测物体之间的距离d时，待测物体的物理三维空间内的实际尺寸P可表示为，P(x，y，z)＝d*f*i(w，h，l)/I(W，H，L)。

具体的，如只需要测量物体在物理三维空间内某一维尺寸时，则只用计算相应的维度即可，从而不必三个维度全部计算。

本发明还公开了一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，如图2及图3所示，包括用于获取待测物体图像的摄像头1、用于测量待测物体与摄像头1之间距离的测距装置2以及处理器，处理器用于计算待测物体在像素空间内的图像尺寸以及用于计算待测物体在物理三维空间内的实际尺寸。其中，摄像头1、测距装置2均与处理器电连接。

本实施例中，测量装置还包括载件6和距离调节机构，距离调节机构包括滑轨4、安装在滑轨4上的工作台5以及用于驱动工作台5滑动的驱动机构，载件6安装在上述的工作台5上，上述的摄像头1、测距装置2和处理器均安装在载件6上；当然，处理器也可以独立于载件6设置，不必与摄像头1以及测距装置2一同安装在载件6上。

本实施例中，驱动机构优选气缸，当然电动丝杆、以及由电机驱动的齿轮齿条机构等均可。通常，距离调节机构还包括基座8，滑轨4安装在基座8上，基座8则用于将本测量装置安装在其他系统设备上使用。

本实施例中，测距装置2为激光测距仪或者是红外测距仪等均可。

本实施例中，摄像头1有两个，分别为左侧摄像头11以及右侧摄像头12，区分左、右侧的两个摄像头1的设置，使得尺寸测量的精度更高、更准确。

本实施例中，载件6上还设置有RGB摄像头7，RGB摄像头7与处理器电连接，RGB摄像头7为彩色图像采集摄像头，用于采集彩色图像，提高图像的分辨精度。

在另一个优选实施例中，上述的距离调节机构为伸缩式平台架，如图4所示，伸缩式平台架包括基座8、安装在基座8上的若干个基本单元架3以及安装在基本单元架3顶端上的工作台5，上述的载件6则安装在工作台5上。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、获取待测物体与摄像头之间的距离distance,缩写为d；

步骤2、通过摄像头对待测物体拍照，获取待测物体的图像；

步骤3、对步骤2中获得的图像进行处理，得到待测物体在物理三维空间内的尺寸P(x，y，z)＝d*f*i(w，h，l)/I(W，H，L)；

其中x为物体在三维空间内的宽、y为物体在三维空间内的高，z为物体在三维空间内的长；i为待测物体在像素空间内的图像尺寸image的缩写，w为像素空间内物体图像的宽，h为像素空间内物体图像的高，l为像素空间内物体图像的长；I为图像尺寸Image的缩写，W为图像空间的宽，H为图像空间的高，L为图像空间的长；f为物理三维空间映射到像素空间的缩放因子factor的缩写。

2.根据权利要求1所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法，其特征在于：在步骤3中，包括以下步骤：

步骤31，所述处理器通过图像识别算法得到待测物体在图像中的轮廓；

步骤32，根据步骤31中确定的轮廓，所述处理器再通过图像测量系统计算所述待测物体在像素空间内的图像尺寸i(w,h,l)。

3.根据权利要求1所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的方法，其特征在于：在步骤3中，所述f的测量步骤为：

步骤301，取已知尺寸为P1的物体；

步骤302，对步骤301所述的物体拍照，调整拍摄位置，使所述物体的图像完全填充像素空间；

步骤303，测量拍摄位置到物体的距离d1，计算f＝P1/d1。

4.一种通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，其特征在于：包括用于获取待测物体图像的摄像头、用于测量待测物体与所述摄像头之间距离的测距装置以及处理器，所述处理器用于计算待测物体在像素空间内的图像尺寸以及用于计算待测物体在三维空间内的实际尺寸。

5.根据权利要求4所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，其特征在于：所述摄像头有两个。

6.根据权利要求4所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，其特征在于：还包括RGB摄像头，所述RGB摄像头与所述处理器电连接。

7.根据权利要求4-6任一项所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，其特征在于：还包括载件，所述摄像头、所述测距装置和所述处理器均安装在所述载件上。

8.根据权利要求7所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，其特征在于：还包括距离调节机构，所述载件安装在所述距离调节机构的输出端上。

9.根据权利要求8所述的通过图像获得物体在物理三维空间尺寸的装置，其特征在于：所述距离调节机构包括滑轨、安装在所述滑轨上的工作台以及用于驱动所述工作台滑动的驱动机构，所述载件安装在所述工作台上。