CN110686600A - 一种基于飞行时间测量的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于飞行时间测量的测量方法及系统，方法包括：主控制单元接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给探测单元；所述探测单元根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元；所述测量单元根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄；所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元；所述主控制单元对所述三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。

Description

一种基于飞行时间测量的测量方法及系统

技术领域

本发明涉数据处理领域，尤其涉及一种基于飞行时间测量的测量方法及系统。

背景技术

近年来自动化技术的不断发展，极大地方便了人们的生活。

对于物流及检测行业来说，自动化技术也对其有极大的影响，很多工作已经有自动化的作业方式来取代了人工作业，极大的节省了人力成本。比如，在物体的体积测量时，使用扫描的方式在一个密闭的空间中使用激光束扫描物体，进行处理后计算物体的体积。这种测量方式所使用的激光束有一定的辐射，对操作员及检测装置附近的人员造成一定的危害，并且需要对物体通过检测装置的速度进行严格控制，检测速度较慢。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明实施例的目的是提供一种基于飞行时间测量的测量方法及系统，在测量过程中，能够自动识别被检测物，并计算时间延迟准确捕捉被检测物体的拍摄图像，并基于飞行时间测量的方式对获取的三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算得到其体积。

有鉴于此，在一方面，本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量方法及系统，包括：

主控制单元接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给探测单元；

所述探测单元根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；

当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元；

所述测量单元根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄；

所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元；

所述主控制单元对所述三维点云数据进行点云提取和三维重建分析计算，得到所述被检测物的体积。

优选的，所述测量方法包括：

所述主控制单元根据预置体积值对所述被检测物的体积进行分类，并根据所述分类的结果，生成分类指令，发送给所述传送装置，用以将所述被检测物送入相应的装配区。

优选的，所述生成测量指令发送给所述测量单元具体为：

所述探测单元生成测量指令发送给所述主控制单元，所述主控制单元启动计时器进行计时，当到达预设时间时，将所述测量指令发送给所述测量单元。

优选的，所述检测光具体为：

使用脉冲调制方式进行调制得到的波长范围780nm-1100nm的脉冲波。

优选的，所述飞行时间传感识别装置的分辨率为320×240或480×320。

在另一方面，本发明实施例提供一种基于飞行时间测量的测量系统，包括：传送装置、主控制单元、检测单元探测单元和测量单元；

主控制单元，用于接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给所述探测单元；

所述探测单元，用于根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元；

所述测量单元，用于根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄；其中，所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元；

所述主控制单元还用于对所述三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。

优选的，所述测量单元与所述探测单元之间的水平距离为预设距离。

优选的，所述传送装置为传送带；

所述传送带设置于所述探测单元与所述测量单元的下方，且所述传送带的传送方向为由探测单元至测量单元的方向。

优选的，所述传送装置为运载所述被检测物的运载车；

所述运载车运行于所述探测单元与所述测量单元的下方，且运行方向为由探测单元至测量单元的方向。

优选的，所述主控制单元分别与所述探测单元和所述测量单元通过有线通信方式连接或通过无线通信方式连接。

本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量方法，基于飞行时间测量方法，能够发射对人体无害的检测光线对物体进行照射，通过飞行时间传感识别装置对被测量物体进行拍摄获取被测量物体的三维点云数据，并且对三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到被测量物体的体积。其处理过程中，不同于使用激光束对物体进行逐点扫描获取被测物的三维点云数据，而是同时得到整幅图像的三维点云数据，只需对被测物体进行一次拍摄便可以获得一帧包含被测物数据的三维点云数据,且飞行时间传感识别装置的成像率可达上百帧每秒，即一帧三维点云数据的获取时间小于10毫秒，大大减少了测量时间，提高了测量速度。本方法还可以在得出被测量物体的体积后，完成对被测量物体的分类，将其送入相应的装配区。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明的一种基于飞行时间测量的测量方法，应用于物体检测领域，能够对被检测物体快速体积测量分拣。

为便于对本发明的技术方案的理解，首先介绍本发明的测量系统，其结构框架如图1所示，该测量系统安装于对物体进行测量或分拣的场所，该测量系统包括：传送装置1、主控制单元2、探测单元3和测量单元4。

其中，主控制单元2分别与探测单元3和测量单元4通过有线通信方式连接或通过无线通信方式连接，用于接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给所述探测单元3。

探测单元3，用于根据启动指令对传送装置1执行被检测物的探测处理；当探测到传送装置1上有被检测物时，生成测量指令发送给测量单元4。

测量单元4，用于根据测量指令启动测量单元4的光源装置发射检测光，并启动测量单元4的飞行时间传感识别装置对被检测物进行拍摄；其中，飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给主控制单元2；

具体的，测量单元4包括光源装置(图中未示出)和飞行时间传感识别装置(图中未示出)，光源装置用于发射波长范围在780nm-1100nm的具有周期性的检测光。其中，检测光为使用脉冲调制方式进行调制的脉冲波或者使用连续调制方式进行调制的连续方波、三角波或正弦波等具有周期性的波。

主控制单元2还用于对三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到被检测物的体积。

测量单元4与所述探测单元3之间的水平距离为预设距离。

具体的，对目标被检测物进行高度预估，得到的被检测物的高度范围，取高度范围的上限作为最大高度值。探测单元3的安装设置高度与最大高度值大小正相关，最大高度值越大高，探测单元3安装的高度也越大高。也就是说，预设高度是可以探测单元3的设置高度根据最大高度值最大体积值进行预估计探测单元3的高度根据最大高度值进行调整，设置高度大于最大高度值然后根据预估值进行高度的调整，预设高度大于最大高度值。对于通常的物流包裹检测，我们可以选择将探测单元3安装在离相对传送装置1平面地面垂直高度为2米的位置。

并且，对所有被检测物进行体积预估，得到的被检测物的体积范围，取体积范围的上限作为最大体积值。测量单元4的安装位置根据最大体积值进行调整。例如，在光源发射装置发射的检测光照射下，通过测量装置下方的被检测物在传送装置平面的投影区域为投影区，测量单元4的安装需要满足拾取到的图像区域中能够包含全部投影区。

测量单元4与探测单元3之间水平距离的设置为预设距离，预设距离满足测量单元拾取到的图像区域与探测单元3在传送装置水平面的垂直投影位置不重叠。

在一个优选方案中，如图1所示，传送装置1为传送带，设置于探测单元3与测量单元4的下方，且传送带的传送方向为由探测单元3至测量单元4的方向。

在另一个优选方案中，传送装置1为运载被检测物的运载车，运行于探测单元3与测量单元4的下方，且运行方向为由探测单元3至测量单元4的方向。

也就是说，要保证被检测物先通过探测单元3，然后才进入测量单元4的被检测区域内。

以上为本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量系统，下面基于测量系统，对本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量方法进行详细的说明。图2为本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量方法的流程图，如图所示，包括:

步骤110，主控制单元接收外部输入的启动指令，将启动指令发送给探测单元。

具体的，主控制单元外部输入的启动指令可以是人工通过按下按钮的操作，也可以是在与主控制单元连接的操作界面进行的指令输入。当主控制单元接收到外部的启动指令后就将启动指令发送给探测单元。

步骤120，探测单元根据启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理。

具体的，探测单元可以是包括使用红外光对物体进行探测的红外探测仪，或者使用脉冲波等其他方式对物体进行探测的探测装置。本发明实施例中，选用红外光对物体进行探测。

当探测单元接收到启动指令后，就开启探测仪，对传送装置进行被检测物的红外探测处理。

当探测到传送装置上有被检测物时，红外探测仪将探测结果反馈给探测单元。并接着执行步骤130及后续的各步骤。

步骤130，生成测量指令发送给测量单元。

具体的，探测单元根据探测结果生成测量指令发送给主控制单元，主控制单元开始计时，当到达预设时间时，将测量指令发送给测量单元。其中，预设时间提前根据探测单元和测量单元安装的距离和传送装置的传送速度提前计算，并写入到主控制单元中。预设时间主要用于控制测量单元启动，使测量单元启动时被检测物体正好能在测量单元的测量范围内。

步骤140，测量单元根据测量指令启动测量单元的光源装置发射检测光，并启动测量单元的飞行时间传感识别装置对被检测物进行拍摄。

具体的，测量单元的处理器控制光源装置发射使用脉冲调制方式调制得到的波长范围在780nm-1100nm脉冲波，本发明实施例采用发射波长为850nm附近的调方波作为检测光。光源装置发射检测光使其照射在固定的被检测区域，同时处理器控制飞行时间传感识别装置对被检测区域进行拍摄，由于此时本检测物正好通过被检测区域，所以飞行时间传感识别装置正好能拍摄到被检测物体。

本发明实施例的一个具体例子中，飞行时间传感识别装置为包含光学透镜和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)像素阵列。

测量单元的处理器控制飞行时间传感识别装置接收检测光被物体反射后的反射光，并通过测量单元的处理器计算检测光和反射光之间相位差或时间差，来换算拍摄测物的距离，产生深度信息。再结合拍摄得到的二维图像数据，通过计算得到被拍摄物的三维点云数据。

步骤150，飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元。

具体的，飞行时间传感识别装置为飞行时间相机，其分辨率可以是320×240或480×320。本发明实施例中，采用的飞行时间相机分辨率为320×240。它能够获取被检测区域对检测光进行反射的反射光，并根据发射光和反射光进行分析计算得到拍摄场景的三维点云数据。飞行时间相机对被检测区域进行一次拍摄，得到一帧三维点云数据，并将三维点云数据发送给主控制单元。

步骤160，主控制单元对三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。

具体的，本发明实施例中的飞行时间相机分辨率为320×240，所以其获取的一帧三维点云数据具有76800个像素点，每个像素点进一步包括X、Y、Z三维坐标值。其中，X轴、Y轴的数据表示场景点的平面坐标位置，Z轴的数据值表示采集到的获取到的场景的实际深度值。

主控制器在进行对三维点云数据中提取被测物的三维点云数据前，先对三维点云数据进行去噪点处理。例如使用如下方法对三维点云数据进行滤波处理：

主控制器将三维点云数据转化为76800×3的矩阵，每一行代表飞行时间传感器中排列的一个像素。通过将76800×3的矩阵重置为320×240的矩阵将，并且用深度值表示重置矩阵中的每个元素的值，三维点云数据就转化成二维平面图像数据。

主控制单元采用基于三维点云的3×3空间滤波算子，对二维平面图像数据的各像素点的深度值进行计算，并计算中心点像素与周围像素的深度差。用深度差与预设全局阈值进行比较，当深度差大于预设全局阈值时，判断该像素点测得的深度值为噪点，将其对应的三维点云数据中的像素点滤除。否则，保留其对应的三维点云数据中的像素点。经过处理后得到去噪后的三维点云数据。

主控制单元采用随机抽样一致性算法对去噪后的三维点云数据进行被检测物的点云提取处理，得到被检测物的三维点云数据。

主控制单元采用三角重建法或其他3D建模的建模方法对被检测物的三维点云数据进行被检测物的三维表面重建，得到被检测物的三维表面轮廓点云数据。

在一个具体的应用中，被检测物为包裹，根据被检测物的三维表面轮廓点云数据，提取包裹轮廓中六个角的点云数据，基于三维空间计算公式进行计算，得到包裹体积的。

上述过程实现了对被检测物体的体积测量。

进一步的，本发明实施例提供的测量方法还包括，主控制单元根据预置体积值对被检测物的体积进行分类，并根据分类的结果，生成分类指令，发送给传送装置，用以将被检测物送入相应的装配区。具体如下：

主控制单元将被检测物的体积与预置体积范围进行比较。比如，本发明的一个具体例子如下：将预置体积范围设置为0＜V≤10立方厘米，10立方厘米＜V≤50立方厘米，50立方厘米＜V≤1立方米等多个预置体积范围。

当被检测物体积小于等于10立方厘米时，将其分类为类别1。

当被检测物体积大于10立方厘米且小于50立方厘米时，将其分类为类别2。

当被检测物体积大于50立方厘米且小于1立方米时，将其分类为类别3。

主控制器根据分类的类别，生成分类指令并发送给传送装置，其中分类指令包括被检测物体的类别数据。

传送装置根据分类指令，将被检测物送入类别数据对应的装配区。比如，类别1对应装配区1，类别2对应装配区2，类别3对应装配区3等等。

本发明实施例提供的一种基于飞行时间测量的测量方法，基于飞行时间测量方法，能够发射对人体无害的检测光线对物体进行照射，通过飞行时间传感识别装置对被测量物体进行拍摄获取被测量物体的三维点云数据，并且对三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到被测量物体的体积。其处理过程中，不同于使用激光束对物体进行逐点扫描获取被测物的三维点云数据，而是同时得到整幅图像的三维点云数据，只需对被测物体进行一次拍摄便可以获得一帧包含被测物数据的三维点云数据,且飞行时间传感识别装置的成像率可达上百帧每秒，即一帧三维点云数据的获取时间小于10毫秒，大大减少了测量时间，提高了测量速度。本方法还可以在得出被测量物体的体积后，完成对被测量物体的分类，将其送入相应的装配区。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

主控制单元接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给探测单元；

所述探测单元根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；

当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元；

所述测量单元根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄；

所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元；

所述主控制单元对所述三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。

2.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

所述主控制单元根据预置体积值对所述被检测物的体积进行分类，并根据所述分类的结果，生成分类指令，发送给所述传送装置，用以将所述被检测物送入相应的装配区。

3.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述生成测量指令发送给所述测量单元具体为：

所述探测单元生成测量指令发送给所述主控制单元，所述主控制单元启动计时器进行计时，当到达预设时间时，将所述测量指令发送给所述测量单元。

4.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述检测光具体为：

使用脉冲调制方式进行调制得到的波长范围780nm-1100nm的脉冲波。

5.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述飞行时间传感识别装置的分辨率为320×240或480×320。

6.一种基于飞行时间测量的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：传送装置、主控制单元、检测单元探测单元和测量单元；

主控制单元，用于接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给所述探测单元；

所述探测单元，用于根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元；

所述测量单元，用于根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄；其中，所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元；

所述主控制单元还用于对所述三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。

7.根据权利要求6所述基于飞行时间测量的测量系统，其特征在于，所述测量单元与所述探测单元之间的水平距离为预设距离。

8.根据权利要求6或7所述基于飞行时间测量的测量系统，其特征在于，所述传送装置为传送带；

所述传送带设置于所述探测单元与所述测量单元的下方，且所述传送带的传送方向为由探测单元至测量单元的方向。

9.根据权利要求6或7所述基于飞行时间测量的测量系统，其特征在于，所述传送装置为运载所述被检测物的运载车；

所述运载车运行于所述探测单元与所述测量单元的下方，且运行方向为由探测单元至测量单元的方向。

10.根据权利要求6所述基于飞行时间测量的测量系统，其特征在于，所述主控制单元分别与所述探测单元和所述测量单元通过有线通信方式连接或通过无线通信方式连接。

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