CN113375566A - 物体尺寸的精确测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物体尺寸的精确测量方法及系统。其包括输送带以及采集测量仪，根据输送带的输送状态确定输送带存在物体且在物体经过工业相机的图像采集范围过程中，图像处理设备提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带将物体输送通过工业相机的图像采集范围后，图像处理设备根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体相应的补偿高度值；同时，图像处理设备根据物体激光线信息结合输送带速度恢复物体的三维形貌，以能确定物体的长信息和宽度信息。本发明能有效实现运输中物体尺寸的测量，测量精度高、成本低、鲁棒性强、适用范围广。

Description

物体尺寸的精确测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种精确测量方法及系统，尤其是一种物体尺寸的精确测量方法及系统。

背景技术

为了提高工作效率，降低生产成本，社会各行各业对智能化生产及运输提出了更高的要求。精确测量物体尺寸及体积在物流计费、产品包装、产品分拣运输、无人化智能仓储等方面扮演着举足轻重的角色。实时获得物体尺寸及体积可以提升物流计费的科学性和准确性；根据物体尺寸及体积信息安排合理的包装，提升包装材料的利用率；在产品分拣时，可根据物体的不同尺寸采用不同的推动装置；依据物体尺寸及体积合理地安排运输、存储空间及运输工具，提高空间利用率，降低单位运输成本。

目前，物体尺寸及体积测量常用的方法是光幕测量和手工测量，由于光幕发出的激光间有间隔及皮带速度测量等方面误差，精度一般为厘米级，若想提高精度，光幕成本成倍增加，适用范围受限。而手工测量需要人力配合，效率低下，精度不高。

因此，高精度、低成本、适用范围广成为了物体尺寸及体积测量研究中的终极目标。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种物体尺寸的精确测量方法及系统，其能有效实现运输中物体尺寸的测量，测量精度高、成本低、鲁棒性强、适用范围广。

按照本发明提供的技术方案，所述物体尺寸的精确测量方法，包括用于输送物体的输送带以及安装于所述输送带正上方的采集测量仪，所述采集测量仪包括能产生激光线的线激光器、用于采集图像信息的工业相机以及用于对工业相机所采集图像进行处理的图像处理设备；

通过线激光器能向输送带上发射所需的激光线，通过工业相机采集输送带相应区域的激光线图，图像处理设备接收工业相机采集的激光线图，并能根据所接收的激光线图确定输送带的输送状态；

根据输送带的输送状态确定输送带存在物体且在物体经过工业相机的图像采集范围过程中，图像处理设备提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带将物体输送通过工业相机的图像采集范围后，图像处理设备根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体相应的补偿高度值。

图像处理设备对提取记录同一物体的所有物体激光线进行整合，并根据整合的所有物体激光线信息以及输送带的输送速度恢复物体的三维形貌，以能根据所恢复的三维形貌确定物体的长度信息与宽度信息。

根据物体的三维形貌，图像处理设备判断所述物体为规则物体或不规则物体；

当物体为规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的长度值、宽度值，物体相应的补偿高度值为规则高度相对应的补偿高度值，图像处理设备基于所述物体的长度值、宽度值以及规则高度相对应的补偿高度值计算得到规则物体的准确体积以及通过积分法计算得到所述规则物体的积分体积；

当物体确定为不规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的最大长度值、最大宽度值，物体相应的补偿高度值为最大高度相对应的补偿高度值；图像处理设备基于所述不规则物体的最大长度、最大宽度以及最大高度相对应的补偿高度值计算得到最大体积以及通过积分法计算得到所述不规则物体的积分体积。

图像处理设备对激光线图提取物体激光线时，包括如下步骤：

步骤1、将激光线图内的线条分别与预设激光线比较，以确定得到候选激光线；

步骤2、将候选激光线在图像列方向上按列进行排序，根据同一候选激光线的高度落差阈值区间与首尾距离区间，将在同一落差和距离区间的候选激光线视为同一候选激光线，并将属于同一候选激光线的所有激光线信息合并，否则，将候选激光线进行分段；

步骤3计算合并或分段后的每条候选激光线长度、亮度、居中度，并作为加权分值，最终筛选出加权分值最高的激光线即为物体激光线。

所述输送带的输送速度为标定后的输送速度，对输送带的输送速度标定时，开启输送带，待输送带速度稳定后，将标定用规则物体放置在输送带上，待标定用规则物体通过工业相机的图像采集范围后，根据速度初值，计算所述标定用规则物体的长度值与宽度值，物体首次放入时，速度初值为预设值；

在计算得到标定用规则物体的长度值与宽度值后，确定所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，根据所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，对输送带的输送速度进行速度迭代优化，以能得到并记录当前的输送速度vi，进而计算得到速度补偿值v_compensate，且根据所记录的输送速度vi以及速度补偿值v_compensate能得到下一次标定时的速度初值；

重复上述标定过程，直至计算得到长度计算误差值、宽度计算误差值分别在长度误差阈值、宽度误差阈值范围内，保存并输出当前的输送速度vi，以完成对输送带的输送速度的标定。

在速度迭代优化时，在得到长度计算误差值与宽度计算误差值后，判断长度计算误差值是否小于长度误差阈值thre1_L且宽度计算误差值是否小于宽度误差阈值thre1_W，若是，输出速度vi，优化结束；

若否，在迭代次数小于迭代次数阈值时，当长度计算误差值大于长度误差阈值thre2_L且宽度计算误差值大于宽度误差阈值thre2_W，根据误差方向，确定新一次的迭代方向、迭代步长、迭代的初始速度，以进行后续的速度迭代。

一种物体尺寸的精确测量系统，包括用于输送物体的输送带以及安装于所述输送带正上方的采集测量仪，所述采集测量仪包括能产生激光线的线激光器、用于采集图像信息的工业相机以及用于对工业相机所采集图像进行处理的图像处理设备；

通过线激光器能向输送带上发射所需的激光线，通过工业相机采集输送带相应区域的激光线图，图像处理设备接收工业相机采集的激光线图，并能根据所接收的激光线图确定输送带的输送状态；

根据输送带的输送状态确定输送带存在物体且在物体经过工业相机的图像采集范围过程中，图像处理设备提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带将物体输送通过工业相机的图像采集范围后，图像处理设备根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体的补偿高度值。

图像处理设备对提取记录同一物体的所有物体激光线进行整合，并根据整合的所有物体激光线信息以及输送带的输送速度恢复物体的三维形貌，以能根据所恢复的三维形貌确定物体的长度信息与宽度信息。

根据物体的三维形貌，图像处理设备判断所述物体为规则物体或不规则物体；

当物体为规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的长度值、宽度值，物体相应的补偿高度值为规则高度相对应的补偿高度值，图像处理设备基于所述物体的长度值、宽度值以及规则高度相对应的补偿高度值计算得到规则物体的准确体积以及通过积分法计算得到所述规则物体的积分体积；

当物体确定为不规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的最大长度值、最大宽度值，物体相应的补偿高度值为最大高度相对应的补偿高度值；图像处理设备基于所述不规则物体的最大长度、最大宽度以及最大高度相对应的补偿高度值计算得到最大体积以及通过积分法计算得到所述不规则物体的积分体积。

图像处理设备对激光线图提取物体激光线时，包括如下步骤：

步骤1、将激光线图内的线条分别与预设激光线比较，以确定得到候选激光线；

步骤2、将候选激光线在图像列方向上按列进行排序，根据同一候选激光线的高度落差阈值区间与首尾距离区间，将在同一落差和距离区间的候选激光线视为同一候选激光线，并将属于同一候选激光线的所有激光线信息合并，否则，将候选激光线进行分段；

步骤3计算合并或分段后的每条候选激光线长度、亮度、居中度，并作为加权分值，最终筛选出加权分值最高的激光线即为物体激光线。

本发明的优点：基于激光三角法计算得到物体的形貌高度后，再次对形貌高度进行高度补偿，以能得到物体的补偿高度值；利用输送带速度标定方法，对输送带速度进行标定，可得到更加准确的输送带速度，在对物体进行三维形貌恢复时，以能得到更理想的三维形貌，进而提升物体的长度信息、宽度信息的测量精度；根据物体激光线提取方法，可以获得准确的物体激光线二维图像信息，为输送带速度准确标定、求取物体准确高度、得到理想三维形貌提供可靠的信息，进一步提升物体的长度信息、宽度信息、高度信息的测量精度，即可有效地解决物流计费、产品包装、产品分拣运输、无人化智能仓储等方面的需求，测量精度高、成本低、鲁棒性强、适用范围广。

附图说明

图1为本发明的测量系统示意图。

图2为本发明测量系统的工作流程图。

图3为本发明确定激光图中物体激光线流程图。

图4为本发明物体激光线筛选及精确提取流程图。

图5为本发明物体尺寸及体积测量算法流程图。

图6为本发明对输送带进行传送速度标定的流程图。

图7为本发明速度迭代优化的流程图。

附图标记说明：1-图像处理设备、2-线激光器、3-工业相机、4-输送物体、5-输送带以及6-输送带输送方向。

具体实施方式

需要说明的是，实际应用中，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例特征可以相互结合。下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都应属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示：为了能有效实现运输中物体尺寸的测量，提高测量精度，降低成本，本发明包括用于输送物体的输送带5以及安装于所述输送带正上方的采集测量仪，所述采集测量仪包括能产生激光线的线激光器2、用于采集图像信息的工业相机3以及用于对工业相机3所采集图像进行处理的图像处理设备1；

通过线激光器2能向输送带5上发射所需的激光线，通过工业相机3采集输送带5相应区域的激光线图，图像处理设备1接收工业相机3采集的激光线图，并能根据所接收的激光线图确定输送带5的输送状态；

根据输送带5的输送状态确定输送带存在物体且在物体经过工业相机3的图像采集范围过程中，图像处理设备1提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带5将物体输送通过工业相机3的图像采集范围后，图像处理设备1根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体相应的补偿高度值。

具体地，输送带5可以采用现有常用的形式，通过输送带5能实现对物体的输送，利用输送带5实现对物体输送的方式与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。采集测量仪设置于输送带5的正上方，通过采集测量仪能实现所需的信息采集与尺寸测量。具体实施时，采集测量仪包括线激光器2、工业相机3以及图像处理设备1，其中，线激光器2可以采用现有常用的激光器，工业相机3以及图像处理设备1均可以采用现有常用的形式，图像处理设备1、工业相机3以及线激光器2在输送带5上的位置可以根据需要设置，以能满足对输送带5上物体的尺寸测量为准，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过线激光器2能向输送带5上发射激光线，在工业相机3的图像采集范围内，通过工业相机3能采集相应区域的激光线图，工业相机3的图像采集范围内能获取输送带5对物体的输送图像，即工业相机3采集的激光线图包括激光线。通过线激光器2发射激光线，通过工业相机3采集激光线图，线激光器2具体的工作情况以及工业相机3采集激光线图的具体情况均与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

工业相机3采集的激光线图能传输至图像处理设备1内，图像处理设备1能实现对激光线图进行识别与处理，从而在对激光线图识别与处理后，图像处理设备1能确定输送带5的输送状态，输送带5的输送状态一般是指输送带5上存在输送物体4，或者，输送带5上不存在输送物体4。

只有当判断输送带5上存在输送物体4且输送带5在输送带输送方向6上对输送物体4输送时，图像处理设备1提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带5将物体输送通过工业相机3的图像采集范围后，图像处理设备1对所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体相应的补偿高度值。

本发明实施例中，物体通过工业相机3的图像采集范围后，采用激光三角法计算得到物体的形貌高度，通过高度补偿参数对所述形貌高度进行高度补偿后，以能得到更精确的补偿高度值。具体实施时，根据物体的形貌不同，所述物体的相应补偿高度值有所不同；其中，当物体为规则物体时，所述补偿高度值为规则高度相对应的补偿高度值，由于规则物体的高度处处相同，规则高度即为规则物体的高度值，规则物体的所述补偿高度值为尽可能接近物体真实高度的高度值。当物体为不规则物体时，所述补偿高度值为不规则物体最大高度相对应的补偿高度值，不规则物体相对应的补偿高度值即为能尽可能接近物体最大真实高度的高度值。

具体地，利用激光三角法计算得到物体的形貌高度的具体过程与现有线结构光测量技术相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。为了获取更精准的高度，在激光三角法求出形貌高度后加入适当补偿得到物体相应的补偿高度值。具体实施时，高度补偿参数可通过高度标定步骤得到，其中，高度补偿参数具体表现为物体真实高度与测量高度的曲线关系，高度补偿参数求取可通过在标定时，将至少3个不同已知高度的规则物体依次放在线激光器2的激光线下，使工业相机3采集得到激光线图，图像处理设备1提取物体激光线信息并计算出物体的形貌高度，通过最小二乘拟合求解计算出物体的形貌高度与物体的真实高度的曲线关系，求得高度补偿参数。利用最小二乘拟合求曲线方程确定物体的形貌高度与物体的真实高度的曲线关系过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

进一步地，图像处理设备1对提取记录同一物体的所有物体激光线进行整合，并根据整合所有的物体激光线信息以及输送带5的输送速度恢复物体的三维形貌，以能根据所恢复的三维形貌确定物体的长度信息与宽度信息。

如图5所示，当图像处理设备1判断输送带5上存在物体且物体未通过工业相机3的图像采集范围时，图像处理设备提取并记录激光线图中的物体激光线信息；根据工业相机3所采集的激光线图判断物体已经通过工业相机3的图像采集范围后，图像处理设备1根据所整合的所有物体激光线以及输送带的输送速度恢复物体的三维形貌，以能根据所恢复的三维形貌确定物体的长度信息与宽度信息。

本发明实施例中，图像处理设备1可采用本技术领域常用的技术手段，以能根据所整合的所有物体激光线以及输送带的输送速度恢复物体的三维形貌，具体恢复物体三维形貌的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

进一步地，根据物体的三维形貌，图像处理设备判断所述物体为规则物体或不规则物体；

当物体为规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的长度值、宽度值，物体相应的补偿高度值为规则高度相对应的补偿高度值，图像处理设备基于所述物体的长度值、宽度值以及规则高度相对应的补偿高度值计算得到规则物体的准确体积以及通过积分法计算得到所述规则物体的积分体积；

当物体确定为不规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的最大长度值、最大宽度值，物体相应的补偿高度值为最大高度相对应的补偿高度值；图像处理设备基于所述不规则物体的最大长度、最大宽度以及最大高度相对应的补偿高度值计算得到最大体积以及通过积分法计算得到所述不规则物体的积分体积。

本发明实施例中，对于物体是否为规则，可以根据恢复三维形貌物体的上表面信息和高度信息两个维度设定相应规则判断阈值来判断，有一者不满足规则判断阈值要求则判定物体为不规则物体，一般地，规则物体一般可以认为长方体，对于物体是否为规则的判断过程以及具体规则判断阈值的具体设定均可根据实际需要选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体实施时，所述根据物体是否规则，计算基于物体准确尺寸或最大尺寸的体积；计算基于最大尺寸的体积是指当物体不规则时，默认计算物体的最大的长度、最大的宽度以及最大高度相对应的补偿高度值，基于所述不规则物体的最大长度、最大宽度以及物体最大高度相对应的补偿高度值计算得到最大体积以及通过积分法计算得到所述不规则物体的积分体积。所述不规则物体的积分体积具体是指根据每一帧图像的高度截面积结合皮带速度积分计算出来的体积，不规则物体积分体积可以采用本技术领域常用的技术手段计算得到，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

规则物体则直接得到物体的长度值、宽度值与规则高度相对应的补偿高度值，基于所述物体的长度值、宽度值、规则高度相对应的补偿高度值计算得到规则物体的准确体积以及通过积分法计算得到所述规则物体的积分体积；规则物体的积分体积与上述不规则物体的积分体积的计算过程相一致，此处不再赘述。本发明实施例中，对于规则物体，规则物体的长度、宽度可通过构造物体的最小外接长方体获得，具体通过最小外接长方体确定规则物体的长度值与宽度值的过程与现有过程相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图3和图4所示，图像处理设备1对激光线图提取物体激光线时，包括如下步骤：

步骤1、将激光线图内的线条分别与预设激光线比较，以确定得到候选激光线；

本发明实施例中，图像处理设备1接收到工业相机3采集的激光线图后，首先进行图像预处理，包括降噪、畸变校正等操作，具体图像预处理的过程以及方式与现有相一致，具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

检测单张激光线图中所有激光线，通过筛选确定是否含有候选激光线。检测激光线图中所有激光线的方式属于现有技术，具体检测方式为本技术领域人员所熟知。具体地，激光线图中含有候选激光线具体表现为当线激光器2下有一定高度的物体通过时，激光线图上的激光线与预设激光线存在一定候选筛选高度落差，根据候选筛选落差阈值判断是否含有候选激光线，所述候选筛选落差阈值一般可根据经验或最小测量高度等实际需求设置具体量值，具体为本技术领域人员所熟知。

综上，进行候选激光线定位时，当输送带5上有物体经过线激光器2发射的激光线时，工业相机3采集激光图像中物体激光线与预设激光线会有一定高度落差，遍历当前图像，检测当前图像中的所有激光线信息，并将所有激光线分别与与预设图像中的预设激光线信息进行比较，提取当前图像中与预设图像中的预设激光线有高度落差满足候选筛选落差阈值且同时满足长度阈值的激光线，作为候选激光线；其中，所述长度阈值根据经验设置，如认为连续激光线点数超过10即为一条候选激光线，则长度阈值为10，具体可以根据实际需要选择，此处不再赘述。

本发明实施例中，预设激光线作为比较基础，预设激光线的信息已在标定时或无物体时采集的预设图像中，记录图像中的预设激光线信息即预设激光线的二维图像坐标。预设图像是指没有物体时激光打在皮带平面的图像，预设图像中的激光线即为预设激光线，具体确定预设激光线的过程与方式均与现有激光线检测相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体实施时，物体激光线与预设激光线有一定高度落差，高度落差指的是激光线y向像素差，候选筛选落差阈值根据经验或最小测量高度确定，例如认为y向像素差超过3的均认为是候选激光线，则候选筛选落差阈值为3。输送带5上无物体时，激光线图与预设图像一致，即激光图中的激光线与预设激光线重合。

步骤2、将候选激光线在图像列方向上按列进行排序，根据同一候选激光线的高度落差阈值区间与首尾距离区间，将在同一落差和距离区间的候选激光线视为同一候选激光线，并将属于同一候选激光线的所有激光线信息合并，否则，将候选激光线进行分段；

本发明实施例中，候选激光线在图像列方向排序。候选激光线的候选高度落差阈值根据经验和需求确定，如以两条相邻候选激光线为例，如果认为两条候选激光线高度落差差值在3个像素以内且前一条候选激光线末与第二条激光线首间的距离在20像素以内，则认为两条候选激光线为同一物体的激光线，将两条候选激光线的所有信息合并，此时，能得到候选激光线间的候选落差阈值为3，首尾距离阈值为20。

步骤3计算合并或分段后的每条候选激光线长度、亮度、居中度，并作为加权分值，最终筛选出加权分值最高的激光线即为物体激光线。

本发明实施例中，分段指的是如果两条候选激光线不属于同一物体激光线，说明这两条候选激光线是相互独立的，要分别记录。分段目的是筛选出最终的物体激光线，分段了说明候选激光线中存在不是物体激光线的其他激光线，即如果合并分段操作结束后，候选激光线数目仍大于1，则需要从候选激光线中筛选出唯一的物体激光线，即需要根据步骤3筛选出最终的物体激光线。

候选激光线的长度即候选激光线内点的个数，亮度即候选激光线所有点对应的灰度值均值，居中度即候选激光线中心与输送带5中心的距离，加权分值根据经验设置，每项根据重要性进行权值设置，如认为居中度好的激光线更可能是物体激光线，则可将居中度权值设置为0.5、1.5、2、3等或其他量值，具体量值的确定根据经验进行，权值量不设置默认为1，将所有权值项求和，比较所有候选激光线的分值，分值最高的激光线为筛选出的唯一物体激光线，即筛选后，每个激光线图中有且仅有一条物体激光线。

此外，在提取物体激光线时，先剔除不在测量区域的激光线，测量区域根据输送带5的宽度及位置进行设定，具体可表现为操作人员框选测量区域或在标定时根据标定好的参数自动计算测量区域；得到物体激光线后对物体激光线边缘激光较暗部分再次进行精确提取，确保激光线弱纹理的提取，保证激光线首末位置的精准提取。对激光线边缘较暗部分再次进行精确提取，具体可采用设置边缘激光亮度阈值的方式，在激光线边缘搜索满足亮度阈值激光点并将满足条件的激光点合并到物体激光线信息中。边缘激光亮度阈值可根据激光线边缘灰度与全局背景灰度的差异或根据边缘灰度与物体激光线平均灰度的差异等设置具体量值，所述激光灰度值即激光亮度，具体与现有图像阈值处理方式一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，将物体激光线按顺序融合指将同一物体的物体激光线按采集时间先后顺序记录在一起。记录每条激光线的信息包括激光线的时间信息、所有点二维图像坐标信息、线长度、亮度、规则程度、平均落差、最大落差等信息，用于之后恢复物体三维形貌，判断物体是否规则，计算物体的长度信息与宽度信息。其中，时间信息、二维图像坐标信息结合输送带5的速度用于恢复物体三维形貌，线长度、亮度用于筛选物体激光线，规则程度、平均落差、最大落差用于计算物体是否规则，根据物体三维形貌计算物体尺寸。

进一步地，在恢复物体的三维形貌时，将物体的物体激光线按时间顺序排列，并在排列后根据输送带5的输送速度、工业相机3的特性参数以及线激光器2的特性参数将物体激光线的二维信息转换到三维运动坐标系，以能得到物体的三维形貌。

本发明实施例中，可以采用本技术领域常用的线结构光测量技术手段根据相机成像方程与激光平面方程联立将物体激光线的二维信息转换到三维运动坐标系，结合输送带5的速度恢复物体的三维形貌，具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。工业相机3的特性参数应指的是工业相机焦距、主点坐标、畸变系数、工业相机与运动坐标系外参。线激光器2的特性参数一般是指激光平面参数，具体与现有相一致，此处不再赘述。

如图6所示，具体实施时，所述输送带5的输送速度为标定后的输送速度，对输送带5的输送速度标定时，开启输送带5，待输送带5速度稳定后，将标定用规则物体放置在输送5带上，待标定用规则物体通过工业相机3的图像采集范围后，根据速度初值，计算所述标定用规则物体的长度值与宽度值，物体首次放入时，速度初值为预设值；

在计算得到标定用规则物体的长度值与宽度值后，确定所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，根据所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，对输送带5的输送速度进行速度迭代优化，以能得到并记录当前的输送速度vi，进而计算得到速度补偿值v_compensate，且根据所记录的输送速度vi以及速度补偿值v_compensate能得到下一次标定时的速度初值；

重复上述标定过程，直至计算得到长度计算误差值、宽度计算误差值分别在长度误差阈值、宽度误差阈值范围内，保存并输出当前的输送速度vi，以完成对输送带5的输送速度的标定。

本发明实施例中，恢复物体三维形貌时，需要先进行相关参数的标定，标定的内容主要包括内参标定、激光标定、坐标系标定、高度标定、传送速度标定。其中，内参标定、激光标定一般为出厂前完成，坐标系标定、高度标定、传送速度标定需根据现场安装情况重新进行。内参标定、激光标定、坐标系标定属于现有技术，具体标定过程为本技术领域人员所熟知，不在赘述。所述高度标定主要用来得到高度补偿参数，为了提升高度测量精度，在用激光三角法求得物体高度后，对高度进行补偿，得到更精准的物体高度。在一定测量范围内，物体测量高度和真实高度存在曲线关系，通过高度标定可求解曲线参数作为补偿参数，从而在测量中提升高度测量精度。内参标定求解的是相机焦距、主点坐标、畸变系数。激光标定求解的是激光平面参数。

所述传送速度标定是影响物体测量精度的一个主要因素，标定时，开启输送带5，待输送带5速度稳定后，放入标定用规则物体，所述标定用规则物体一般为长方体。提取所述标定用规则物体的信息，标定用规则物体放入输送带5上，待标定用规则物体通过工业相机3的图像采集范围后，根据速度初值v0(速度迭代时的初值用v0表示)，计算所述标定用规则物体的长度值与宽度值。物体首次放入时，速度初值为预设值，根据经验设置，如设置1000mm/s、2000mm/s或其他非零值，设置的值对优化后的速度值无特别大影响，当然设置的值越接近速度准确值计算越快。物体再次放入时，速度初值根据上一次放入求得的输送速度及速度补偿值计算得到。具体计算得到标定用规则物体的长度值与宽度值的过程可以参考上述说明，此处不再赘述。

在计算得到标定用规则物体的长度值与宽度值后，确定所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，所述长度计算误差值为计算得到标定用规则物体的长度值与标定用规则物体的真实长度值的差值，所述宽度计算误差值为计算得到标定用规则物体的宽度值与标定用物体的真实宽度值的差值；根据所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，对输送带5的输送速度进行速度迭代优化，以能得到并记录当前的输送速度vi，进而计算得到速度补偿值v_compensate，且根据所记录的输送速度vi以及速度补偿值v_compensate能得到下一次标定时的速度初值即更新v0；

重复上述标定过程，直至计算得到所述长度计算误差值、宽度计算误差值均在所需的误差范围内，保存当前的输送速度vi，以完成对输送带5的输送速度的标定。

速度迭代优化流程图如图7所示，在将标定用规则物体放置在输送带5上时，需要进行初始化操作；然后，在得到长度计算误差值与宽度计算误差值后，判断长度计算误差值是否小于设定长度误差阈值thre1_L且宽度计算误差值是否小于宽度误差阈值thre1_W，若是，证明当前速度已满足精度要求，输出输送速度vi，优化结束；若否，进行第二个条件判断，若迭代次数满足要求、长度计算误差值大于长度误差阈值thre2_L且宽度计算误差值大于宽度误差阈值thre2_W，根据误差方向，确定新一次的迭代方向、迭代步长、迭代的初始速度，准备下次迭代。

具体实施时，标定用规则物体初次放置在输送带5上时，以预设速度初值进行优化。以后放入的标定用规则物体根据前一次放入求解的输送速度vi与补偿值v_compensate之和作为初值进行优化，即有v0＝vi+v_compensate，此种方法可以对速度进行实时补偿，可计算出更准确的输送带5的输送速度，在对物体进行三维形貌恢复时，以能得到更理想的三维形貌，进而提升物体的长度信息、宽度信息及体积的测量精度。长度误差阈值thre1_L、长度误差阈值thre2_L、宽度误差阈值thre1_W以及宽度误差阈值thre2_W具体可以根据经验、测量精度设置，一般地，为得到更理想的输送带5的输送速度，使速度进行充分的迭代优化，作为停止迭代优化的判断条件，长度误差阈值thre2_L需比长度误差阈值thre1_L设置的更严格一些；同时，宽度误差阈值thre2_W需比宽度误差阈值thre1_W设置的更严格一些。具体地，所述更严格具体是指阈值的大小，即停止迭代优化的长度误差阈值thre2_L设置的值要比长度误差阈值thre1_L更小，如长度误差阈值thre1_L＝10mm，则长度误差阈值thre2_L可设置为小于10mm的值，如8mm、5mm等。

综上，所述速度迭代优化是指根据速度初值计算标定用规则物体的长度值与宽度值，根据标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，确定速度迭代方向和迭代步长，进行迭代，直到计算得到标定用规则物体的长度值、宽度值满足精度要求或达到最大迭代次数、最小迭代步长等停止条件，停止迭代，输出当前速度迭代结果。最大迭代次数、最小迭代步长根据经验设置，专业人员进行迭代优化基本都会设置的两个条件。迭代次数是算法停止计算的一个条件，防止一直未求得速度最优值算法进入死循环。对于迭代步长的设置，步长大，计算到最优速度时间快但距离速度理想值精度稍低，步长小，计算时间长精度高，根据算法需求设置步长大小。

综上，得到物体尺寸的精确测量系统，包括用于输送物体的输送带5以及安装于所述输送带5正上方的采集测量仪，所述采集测量仪包括能产生激光线的线激光器2、用于采集图像信息的工业相机3以及用于对工业相机3所采集图像进行处理的图像处理设备1；

通过线激光器2能向输送带5上发射所需的激光线，通过工业相机3采集输送带5相应区域的激光线图，图像处理设备1接收工业相机3采集的激光线图，并能根据所接收的激光线图确定输送带5的输送状态；

根据输送带5的输送状态确定输送带5存在物体且在物体通过工业相机3的图像采集范围过程中，图像处理设备1提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带5将物体输送通过工业相机3的图像采集范围后，图像处理设备1根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体的补偿高度值。

本发明实施例中，图像处理设备1、工业相机3、线激光器2以及输送带5间的具体工作以及配合过程均可以参考上述说明，此处不再赘述。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种物体尺寸的精确测量方法，其特征是：包括用于输送物体的输送带以及安装于所述输送带正上方的采集测量仪，所述采集测量仪包括能产生激光线的线激光器、用于采集图像信息的工业相机以及用于对工业相机所采集图像进行处理的图像处理设备；

通过线激光器能向输送带上发射所需的激光线，通过工业相机采集输送带相应区域的激光线图，图像处理设备接收工业相机采集的激光线图，并能根据所接收的激光线图确定输送带的输送状态；

根据输送带的输送状态确定输送带存在物体且在物体经过工业相机的图像采集范围过程中，图像处理设备提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带将物体输送通过工业相机的图像采集范围后，图像处理设备根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体相应的补偿高度值。

2.根据权利要求1所述的物体尺寸的精确测量方法，其特征是：图像处理设备对提取记录同一物体的所有物体激光线进行整合，并根据整合的所有物体激光线信息以及输送带的输送速度恢复物体的三维形貌，以能根据所恢复的三维形貌确定物体的长度信息与宽度信息。

3.根据权利要求2所述的物体尺寸的精确测量方法，其特征是：根据物体的三维形貌，图像处理设备判断所述物体为规则物体或不规则物体；

当物体为规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的长度值、宽度值，物体相应的补偿高度值为规则高度相对应的补偿高度值，图像处理设备基于所述物体的长度值、宽度值以及规则高度相对应的补偿高度值计算得到规则物体的准确体积以及通过积分法计算得到所述规则物体的积分体积；

当物体确定为不规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的最大长度值、最大宽度值，物体相应的补偿高度值为最大高度相对应的补偿高度值；图像处理设备基于所述不规则物体的最大长度、最大宽度以及最大高度相对应的补偿高度值计算得到最大体积以及通过积分法计算得到所述不规则物体的积分体积。

4.根据权利要求1至3任一项所述的物体尺寸的精确测量方法，其特征是：图像处理设备对激光线图提取物体激光线时，包括如下步骤：

步骤1、将激光线图内的线条分别与预设激光线比较，以确定得到候选激光线；

步骤2、将候选激光线在图像列方向上按列进行排序，根据同一候选激光线的高度落差阈值区间与首尾距离区间，将在同一落差和距离区间的候选激光线视为同一候选激光线，并将属于同一候选激光线的所有激光线信息合并，否则，将候选激光线进行分段；

步骤3计算合并或分段后的每条候选激光线长度、亮度、居中度，并作为加权分值，最终筛选出加权分值最高的激光线即为物体激光线。

5.根据权利要求2或3所述的物体尺寸的精确测量方法，其特征是：所述输送带的输送速度为标定后的输送速度，对输送带的输送速度标定时，开启输送带，待输送带速度稳定后，将标定用规则物体放置在输送带上，待标定用规则物体通过工业相机的图像采集范围后，根据速度初值，计算所述标定用规则物体的长度值与宽度值，物体首次放入时，速度初值为预设值；

在计算得到标定用规则物体的长度值与宽度值后，确定所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，根据所述标定用规则物体的长度计算误差值与宽度计算误差值，对输送带的输送速度进行速度迭代优化，以能得到并记录当前的输送速度vi，进而计算得到速度补偿值v_compensate，且根据所记录的输送速度vi以及速度补偿值v_compensate能得到下一次标定时的速度初值；

重复上述标定过程，直至计算得到长度计算误差值、宽度计算误差值分别在长度误差阈值、宽度误差阈值范围内，保存并输出当前的输送速度vi，以完成对输送带的输送速度的标定。

6.根据权利要求5所述的物体尺寸的精确测量方法，其特征是：在速度迭代优化时，在得到长度计算误差值与宽度计算误差值后，判断长度计算误差值是否小于长度误差阈值thre1_L且宽度计算误差值是否小于宽度误差阈值thre1_W，若是，输出速度vi，优化结束；

若否，在迭代次数小于迭代次数阈值时，当长度计算误差值大于长度误差阈值thre2_L且宽度计算误差值大于宽度误差阈值thre2_W，根据误差方向，确定新一次的迭代方向、迭代步长、迭代的初始速度，以进行后续的速度迭代。

7.一种物体尺寸的精确测量系统，其特征是：包括用于输送物体的输送带以及安装于所述输送带正上方的采集测量仪，所述采集测量仪包括能产生激光线的线激光器、用于采集图像信息的工业相机以及用于对工业相机所采集图像进行处理的图像处理设备；

通过线激光器能向输送带上发射所需的激光线，通过工业相机采集输送带相应区域的激光线图，图像处理设备接收工业相机采集的激光线图，并能根据所接收的激光线图确定输送带的输送状态；

根据输送带的输送状态确定输送带存在物体且在物体经过工业相机的图像采集范围过程中，图像处理设备提取并记录激光线图中的物体激光线信息；输送带将物体输送通过工业相机的图像采集范围后，图像处理设备根据所记录的物体激光线信息利用激光三角法计算得到物体的形貌高度，并对计算得到的形貌高度进行高度补偿，以能得到物体的补偿高度值。

8.根据权利要求7所述的物体尺寸的精确测量系统，其特征是：图像处理设备对提取记录同一物体的所有物体激光线进行整合，并根据整合的所有物体激光线信息以及输送带的输送速度恢复物体的三维形貌，以能根据所恢复的三维形貌确定物体的长度信息与宽度信息。

9.根据权利要求8所述的物体尺寸的精确测量系统，其特征是：根据物体的三维形貌，图像处理设备判断所述物体为规则物体或不规则物体；

当物体为规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的长度值、宽度值，物体相应的补偿高度值为规则高度相对应的补偿高度值，图像处理设备基于所述物体的长度值、宽度值以及规则高度相对应的补偿高度值计算得到规则物体的准确体积以及通过积分法计算得到所述规则物体的积分体积；

当物体确定为不规则物体时，所述确定物体的长度信息、宽度信息分别为物体的最大长度值、最大宽度值，物体相应的补偿高度值为最大高度相对应的补偿高度值；图像处理设备基于所述不规则物体的最大长度、最大宽度以及最大高度相对应的补偿高度值计算得到最大体积以及通过积分法计算得到所述不规则物体的积分体积。

10.根据权利要求7至9任一项所述的物体尺寸的精确测量系统，其特征是：图像处理设备对激光线图提取物体激光线时，包括如下步骤：

步骤1、将激光线图内的线条分别与预设激光线比较，以确定得到候选激光线；

步骤2、将候选激光线在图像列方向上按列进行排序，根据同一候选激光线的高度落差阈值区间与首尾距离区间，将在同一落差和距离区间的候选激光线视为同一候选激光线，并将属于同一候选激光线的所有激光线信息合并，否则，将候选激光线进行分段；

步骤3计算合并或分段后的每条候选激光线长度、亮度、居中度，并作为加权分值，最终筛选出加权分值最高的激光线即为物体激光线。

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