CN115342758A - 基于雷达图的目标体积检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种基于雷达图的目标体积检测方法、装置、设备及介质。其中,该方法包括:根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。本技术方案通过雷达可以及时扫描垛堆,并准确计算出垛堆体积。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域,尤其涉及一种基于雷达图的目标体积检测方法、装置、设备及介质。
背景技术
无论是在智慧港口,还是在矿山,物流运输均为非常重要的一环,垛堆作为一种常见的货物形式,其体积的检测影响自动分拣工作的效率,因此,垛堆体积的及时且准确的检测是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于雷达图的目标体积检测方法、装置、设备及介质,能够及时扫描垛堆,并准确计算垛堆体积。
根据本发明的一方面,提供了一种基于雷达图的目标体积检测方法,所述方法包括:
根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;
控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;
根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
根据本发明的另一方面,提供了一种基于雷达图的目标体积检测装置,包括:
位置确定模块,用于根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;
待测目标检测模块,用于控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;
体积确定模块,用于根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
根据本发明的另一方面,提供了一种电子设备,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的基于雷达图的目标体积检测方法。
根据本发明的另一方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的基于雷达图的目标体积检测方法。
本申请实施例的技术方案,包括:根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。本技术方案通过雷达可以及时扫描垛堆,并准确计算出垛堆体积。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请实施例一提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图;
图2是根据本申请实施例二提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图;
图3是根据本申请实施例提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的待测目标检测示意图;
图4是根据本申请实施例二提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的相邻顶点示意图;
图5是根据本申请实施例三提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图;
图6是根据本申请实施例二提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的雷达探测示意图;
图7是根据本申请实施例二提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的相邻位置点示意图;
图8是根据本申请实施例二提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的插值示意图;
图9是根据本申请实施例四提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图;
图10是根据本申请实施例五提供的一种基于雷达图的目标体积检测装置的结构示意图;
图11是实现本申请实施例的一种基于雷达图的目标体积检测方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”“目标”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本申请实施例一提供了一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图,本申请实施例可适用于检测垛堆体积的情况,该方法可以由基于雷达图的目标体积检测装置来执行,该基于雷达图的目标体积检测装置可以采用硬件和/或软件的形式实现,该基于雷达图的目标体积检测装置可配置于具有数据处理能力的电子设备中。如图1所示,该方法包括:
S110,根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置。
其中,雷达可以是微波雷达,例如单发单收的机械式扫描毫米波雷达。雷达图为用于反映雷达探测区域内各位置的反射回波强度数据的图像,本申请实施例中,雷达图实际上反映的是待测区域内,待测目标的位置信息。待测目标可以是垛堆、矿石、包裹等各类物料。待测区域是指包括待测目标的区域,例如在货物搬运平台,待测目标位于该货物搬运平台上,则该货物搬运平台可以是待测区域。
具体的,若待测区域内存在待测目标,则待测目标位置处的雷达反射波强度数据与其它位置的雷达反射波强度数据有所不同,进而体现为雷达图上待测目标对应位置的像素点数值和其它位置的有所不同,据此可以根据雷达图确定出待测目标的位置。
S120,控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测。
本申请实施例中,确定待测目标位置后,由于雷达的当前位置可能距离待测目标较远,或者待测目标的某部分被遮挡,不方便检测待测目标的具体信息,所以通过机械臂将雷达放置于子待测区域内,并对所述待测目标进行检测。
进一步的,子待测区域可以位于待测区域内部,且雷达位于子待测区域时,雷达扫描区域可以覆盖到待测目标的最大面积,例如待测目标的上表面。示例性的,可以计算待测目标所在场地的几何中心,通过机械臂将雷达送往该几何中心的正上方。
S130,根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
其中,检测信号可以是雷达发射的探测信号经反射后雷达接收到的回波,根据雷达发射探测波的时间以及接收到回波的时间,可以确定待测目标的被检测位置点与雷达的距离。检测姿态信息可以反映雷达检测待测目标各位置点时,雷达的探测角度,检测姿态信息包括但不限于雷达的俯仰角和方位角,所述俯仰角为雷达与水平面的夹角,所述方位角为雷达与竖直平面的夹角。本申请实施例中,根据检测姿态信息可以确定待测目标的被检测位置点相对于雷达的方向,根据检测信号可以确定待测目标的被检测位置点相对于雷达的距离,结合方向和距离信息,可以确定出待测目标的被检测位置点的空间位置。
具体的,可以以雷达为坐标中心,建立三维空间坐标系,根据雷达的检测姿态信息以及检测信号,确定待测目标被检测位置点的空间坐标,遍历雷达可以覆盖到的待测目标的所有位置点,得到待测目标的各被检测位置点的空间坐标,进而确定待测目标的空间坐标,此时,待测目标底部未被检测到,但待测目标所在场地与雷达的距离已知,根据待测目标的空间坐标以及待测目标所在场地与雷达的距离,可以确定待测目标的体积。
本申请实施例的技术方案,包括:根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。本技术方案通过雷达可以及时扫描垛堆,并准确计算出垛堆体积。
实施例二
图2为本申请实施例二提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图,本申请实施例以上述实施例为基础进行优化。
如图2所示,本申请实施例的方法具体包括如下步骤:
S210,根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置。
S220,控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测。
本申请实施例中,可选的,控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测,包括:控制雷达每次改变预设俯仰角,在竖直方向上进行扫描检测;在每次改变预设俯仰角后进行检测的过程中,控制所述雷达在同一俯仰角的情况下每次改变预设方位角,在水平方向上进行扫描检测。
其中,如图3所示,俯仰角可以是雷达波束与水平面的夹角,即图3中角α。方位角可以是雷达波束在xoy平面的投影与x轴的夹角,如图3中角β。预设俯仰角和预设方位角可以根据实际情况确定,本申请实施例对此不做限定。
具体的,设置预设俯仰角为雷达与待测目标的最小俯仰角,保持预设俯仰角不变的情况下,遍历预设方位角,对待测目标在水平方向上进行扫描检测,例如,在预设俯仰角不变的情况下,确定雷达和待测目标最小的方位角为预设方位角,从该预设方位角开始,每次增加的角度为Δα,对待测目标进行检测,直至达到雷达和待测目标最大的方位角,进而完成预设方位角的遍历。改变预设俯仰角,例如预设俯仰角的角度增加Δβ,然后保持预设俯仰角不变,再次遍历预设方位角,直至预设俯仰角的角度达到雷达与待测目标的最大俯仰角,完成对待测目标的检测。显而易见的是,本申请实施例还可以在预设方位角不变的情况下,遍历预设俯仰角,对待测目标在竖直方向上进行扫描检测,改变预设方位角,再次遍历预设俯仰角,直至完成对待测目标的检测。
S230,根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,确定所述雷达与所述待测目标上的检测点之间的距离。
其中,检测点可以是雷达检测波束与待测目标的交点,雷达在俯仰角与方位角一定时,对应待测目标的一个检测点。本申请实施例中,雷达的检测信号可以反映待测目标的检测点与雷达的距离,根据待测目标所有检测点的检测信号,得到待测目标各检测点与雷达的距离。
S240,根据所述距离、雷达的检测姿态信息中的水平方向的方位角以及竖直方向的俯仰角,确定所述检测点的空间坐标。
示例性的,如图3所示,可以以雷达为坐标中心,建立三维空间坐标,设置雷达与待测目标上的检测点之间的距离为径向距离R,方位角为β,俯仰角为α,则检测点的空间坐标为:z=R×sinα;x=R×cosα×cosβ;y=R×cosα×sinβ。进一步的,遍历所有检测点,得到待测目标的空间坐标。
S250,根据所述检测点的空间坐标,仿真绘制所述待测目标的三维模型。
其中,三维模型可以反映待测目标的空间形态。具体的,如图3所示的坐标系,待测目标的z坐标数值为负,可以设置雷达的高度为h,则待测目标各检测点的实际高度为h’;h’=z+h。进一步的,将待测目标各检测点的x坐标、y坐标以及h’坐标绘制在三维坐标系中,得到仿真绘制的待测目标的三维模型。示例性的,可以将待测目标各检测点的x坐标、y坐标以及h’坐标输入MATLAB软件,通过函数mesh绘制出待测目标的近似三维模型。
S260,根据所述三维模型的三维坐标,确定所述待测目标的体积。
本申请实施例中,三维模型与待测目标相对应,三维模型的单位体积对应待测目标的对应位置的实际体积,所以根据三维模型的三维坐标,可得到三维模型的体积,进而得到待测目标的体积。
本申请实施例中,可选的,根据所述三维模型的三维坐标,确定所述待测目标的体积,包括步骤A1-A3:
步骤A1,沿所述三维坐标的预设坐标方向,按照预设间隔对所述待测目标的三维模型进行切割,得到至少两个以预设间隔为高度的柱体模型。
步骤A2,确定所述柱体模型的截面积,并根据所述柱体模型的截面积以及所述柱体模型的高度,确定所述柱体模型的体积。
步骤A3,确定至少两个柱体模型的体积之和,作为所述待测目标的体积。
其中,预设坐标方向和预设间隔可以根据实际情况确定,本申请实施例对此不做限定,例如,预设坐标方向为z轴方向,预设间隔为0.01米,则在z轴方向上,每隔0.01米水平切割一次三维模型,得到多个高度为0.01米的柱体模型。将每次切割得到的三维模型的截面积作为对应柱体模型的截面积,根据柱体模型的截面积和高度,求得柱体模型的体积,进而对至少两个柱体模型的体积求和,得到待测目标的体积。
示例性的,沿z轴方向,每隔0.01米对三维模型进行水平切割一次,根据切割所得截面积的所有x坐标与y坐标,得到每次切割的截面积为Si,其中,Si=F(x,y)。每个柱体模型的体积为Vi=Si*△z,其中,△z为0.01米。遍历所有柱体模型的体积并累加求和,得到待测目标的总体积。
需要说明的是,切割得到的截面积的形状为多边形,对于任意多边形,可以根据该多边形的所有顶点坐标,计算其面积,公式为:其中,如图4所示,(xj,yj)与(xj+1,yj+1)为相邻两个顶点的坐标,t为顶点坐标的数量。
本申请实施例的技术方案,包括:根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,确定所述雷达与所述待测目标上的检测点之间的距离;根据所述距离、雷达的检测姿态信息中的水平方向的方位角以及竖直方向的俯仰角,确定所述检测点的空间坐标;根据所述检测点的空间坐标,仿真绘制所述待测目标的三维模型;根据所述三维模型的三维坐标,确定所述待测目标的体积。本技术方案通过建立三维模型,准确且快速地计算出了垛堆体积。
实施例三
图5为本申请实施例三提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图,本申请实施例以上述实施例为基础进行优化。
如图5所示,本申请实施例的方法具体包括如下步骤:
S310,根据雷达相邻探测方向上与雷达距离相等的相邻位置点处回波信号的强度数据,在相邻位置点之间进行强度插值,确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据。
本申请实施例的技术方案通过雷达探测目标,雷达位置如图6所示,可以为单发单收的机械式扫描毫米波雷达。该雷达绕中心旋转,连续发射和接收调频无线电波。其中,从雷达发射出的发散状的虚线为雷达的探测信号,相邻两个探测信号对应的方向为相邻探测方向,相邻位置点为相邻探测方向上与雷达距离相等的点,如图7中的A点和B点。反射回波为雷达发射的探测信号被反射后返回被雷达接收到的回波,反射回波的强度数据可以由雷达检测得到。与环境中某个位置相对应的反射回波的强度数据可以反映该位置是否存在目标,并可以根据反射回波的强度数据确定目标的位置、尺寸、形状等信息。雷达每次发射探测信号的探测方向可以用方位角进行表征,一个探测方向的方位角可以为是从雷达指北方向线起,依顺时针方向到该探测方向之间的水平夹角。雷达探测到每一个方位角时,在该方位角上与雷达距离不同的每个位置点处,对应得到一个反射回波的强度数据,每一个方位角对应多个强度数据,得到一维强度数据,雷达旋转扫射一周,可以形成一个极坐标表示的各位置点对应的二维强度数据。
在本申请实施例中,可以根据相邻位置点的强度数据,选取不同的权重,以确定插值位置点处的强度数据,例如相邻位置点的强度为SA和SB,其权重分别为ω1和ω2,插值位置点处的强度数据为SC,则SC=SA×ω1+SB×ω2。
在本申请实施例中,对S310进行优化,根据雷达相邻探测方向上与雷达距离相等的相邻位置点处反射回波的强度数据,在相邻位置点之间进行强度插值,确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据,包括:在以所述相邻位置点为端点的同心圆弧上进行强度插值,得到插值位置点;所述同心圆弧为以雷达为圆心的,以雷达到所述相邻位置点为半径的圆弧;将相邻位置点中第一位置点到插值位置点的同心圆弧长度,与相邻位置点之间的同心圆弧长度的比值,作为相邻位置点中第二位置点的强度数据的第一权重值;将相邻位置点中第二位置点到插值位置点的同心圆弧长度,与相邻位置点之间的同心圆弧长度的比值,作为相邻位置点中第一位置点的强度数据的第二权重值;根据第一权重值和第二权重值,对相邻位置点的强度数据进行加权求和,作为所述插值位置点的强度数据。
具体的,本申请实施例一种插值方式:在相邻位置点之间进行强度插值可以是,在以雷达为圆心以相邻位置点为端点的圆弧上进行插值,得到插值位置点。如图8所示。插值位置点C和插值位置点D为在以雷达为圆心的上进行插值得到的。插值位置点的间隔可以相等,也可以不相等。如图8所示,A、B两点为相邻位置点,C、D两点为插值位置点且位于A、B两点之间,A、B、C和D到雷达的距离相同,则C点的强度数据D点的强度数据
示例性的,将雷达同一探测方向上与雷达不同距离位置点处反射回波的强度数据作为矩阵的行元素,将雷达不同探测方向上与雷达相同距离位置点处反射回波的强度数据作为矩阵的列元素,构建初始矩阵。
本申请实施例中,因为插值位置点的强度数据由相邻位置点的强度数据计算得到,所以将雷达同一探测方向上与雷达不同距离位置点处反射回波的强度数据作为矩阵的行元素,按照雷达探测方向的变化顺序,依次形成初始矩阵的第二行、第三行、第四行等。每个探测方向的强度数据记为数列{an|n∈[1,N]},an表示为距雷达n×δ米远处的强度数据,其中N为采样数,δ为雷达的距离分辨率。每一行表示雷达同一探测方向上与雷达距离依次增大的位置点的强度数据,每一列表示不同探测方向上与雷达距离相等的位置点的强度数据,每一列中相邻元素对应的探测方向为相邻探测方向,第一个列元素与最后一个列元素对应的探测方向为相邻探测方向,其中,初始矩阵A如下所示:
其中,M表示雷达探测方向的数量,N表示采样数,即雷达同一探测方向上得到的强度数据的数量。a11表示雷达初始探测方向上,距离雷达最近的位置点的强度数据,a12表示雷达初始探测方向上,与雷达距离大于a11的第二个位置点的强度数据,a21表示雷达第二个探测方向上,距离雷达最近的位置点的强度数据,a31表示雷达第三个探测方向上,距离雷达最近的位置点的强度数据,依次类推。
进一步的,根据所述初始矩阵中同一列的列元素进行强度插值,得到插值矩阵,根据所述插值矩阵确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据。
示例性的,初始矩阵的大小为M×N,若在相邻位置点之间插入一个插值位置点,则插值矩阵大小为2M×N,若在相邻位置点之间插入两个插值位置点,则插值矩阵大小为3M×N,本申请实施例对插值数量不做限定。本申请实施例中,插值位置点的强度数据根据相邻位置点的强度数据计算得到,在初始矩阵中,每一列相邻的两个矩阵元素为相邻位置点的强度数据,例如a31和a41为相邻矩阵点。需要说明的是,在初始矩阵的同一列中,第一个元素和最后一个元素为相邻位置点。
本申请实施例中,与雷达距离相等的位置点间隔相等;根据所述初始矩阵中同一列的列元素进行强度插值,得到插值矩阵,包括:
基于如下公式,根据所述初始矩阵中同一列的列元素进行等间隔强度插值,可以确定插值矩阵中各元素的取值:
其中,bij表示插值矩阵第i行第j列元素的取值,表示初始矩阵,表示向下取整,%表示求余运算,T表示在相邻位置点之间插值位置点的数量加一,M表示雷达扫描一周时探测方向的数量。需要说明的是,通过上述公式确定的bij可能不是整数,因此为了使插值矩阵中的各元素为整数,可以对bij进行四舍五入取整,也可以向上取整或者向下取整,具体取整方式不做限定。另外,如果在之前的执行过程中未对强度数据进行归一化,也可以将此数据进行归一化到[0,255]之后再进行取整。
具体的,如果如图8所示进行插值,则可以确定插值矩阵为:
S320,确定雷达图中各像素点所对应的位置点。
其中,所述位置点包括强度插值之后各强度数据对应的位置点。
本申请实施例中,确定雷达图中各像素点所对应的位置点,包括:将雷达设定为雷达图的图像中心,根据雷达扫描的实际区域与所述雷达图的像素的对应位置,将所述雷达图中各像素点的像素坐标转换为笛卡尔坐标;根据笛卡尔坐标与极坐标的转换关系,确定各像素点对应的极坐标;根据极坐标对应的位置点,确定雷达图中各像素点对应的位置点。
示例性的,设置雷达图F包括P行Q列个像素点,则
其中,fpq表示位置(p,q)处的像素点灰度值,F可以映射为一个PΔ×QΔ的矩形区域,其中每个像素对应实际空间中边长为Δ米的正方形区域,例如F包括3000行,2000列的像素点,若F映射600×400米的雷达探测区域,则每个像素对应边长为0.2米的正方形区域。本申请实施例中,可以将P、Q取奇数,以将雷达位置设置于雷达图正中心。
具体的,若雷达位置设定在雷达图正中心,则像素点(p,q)转换为笛卡尔坐标系为:
根据上述公式可得到各像素点对应的笛卡尔坐标,根据笛卡尔坐标与极坐标的转换关系,可以确定各像素点对应的极坐标,转换关系如下所示:
(γ,θ)即为极坐标,||表示或的关系。各像素点通过上述公式运算,可以得到各自对应的极坐标。根据极坐标对应的位置点,可以确定雷达图中各像素点对应的位置点,例如极坐标为(10,0°),则该极坐标对应的位置点为:雷达初始探测方向上,距离雷达10米处的位置。
S330,根据各位置点的强度数据,确定与各位置点对应的雷达图像素点的灰度值,并根据所述灰度值生成雷达图。
在本申请实施例中,位置点包括插值之前的相邻位置点,以及插值之后的插值位置点,相应地,强度数据包括插值之前的相邻位置点的强度数据,以及插值之后的插值位置点的强度数据。在确定雷达图中各像素点对应的位置点之后,可以根据位置点的强度数据,确定各像素点的灰度值,进而根据灰度值绘制雷达图。
基于如下公式,确定雷达图像素点的灰度值:
其中,fpq表示雷达图中像素坐标为(p,q)的像素点的灰度值,round表示四舍五入取整,θ表示当前探测方向的方位角,θ1表示初始探测方向的方位角,σ表示进行强度插值后的与雷达距离相等的相邻两个位置点之间的偏转角度,γ表示位置点与雷达的距离,δ表示雷达的最小探测距离。示例性的,若未进行插值,若在相邻位置点之间插值位置点的数量为2,则需要说明的是,根据上述公式确定雷达图像素点的灰度值之前,需已经将bij归一化至[0,255]之间,以表示灰度值。
S340,根据所述雷达图确定待测目标的位置。
S350,控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测。
S360,根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
本申请实施例的技术方案,根据雷达相邻探测方向上与雷达距离相等的相邻位置点处反射回波的强度数据,在相邻位置点之间进行强度插值,确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据;确定雷达图中各像素点所对应的位置点,根据各位置点的强度数据,确定与各位置点对应的雷达图像素点的灰度值,并根据所述灰度值生成雷达图。本技术方案通过在相邻位置点插值,得到了插值位置点的强度数据,扩展了雷达探测的位置点数量以及强度数据的数量,根据各位置点的强度数据,确定出相应的雷达图像素点的灰度值,快速地绘制出雷达图进行待测目标检测,实现了对雷达未探测到的区域进行待测目标检测,提高了待测目标检测精准度。
实施例四
图9为本申请实施例四提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法的流程图,本申请实施例以上述实施例为基础进行优化。
如图9所示,本申请实施例的方法具体包括如下步骤:
S410,根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图。
S420,对所述雷达图进行前景和背景分离,确定所述前景位于所述雷达图中的位置。
其中,背景可以是雷达图中除待测目标以外的背景部分,在待测区域无待测目标时获取的雷达图为背景图像。前景可以是待测目标,例如某些货物垛堆。
在一个实施例中,对所述雷达图进行前景和背景分离可以是:将雷达图与预先设置的平均背景图像进行图像差值处理,得到差值图像;对差值图像进行二值化处理,将二值化处理后的图像作为前景。
其中,平均背景图像可以是反映雷达探测区域无待测目标状态下的图像,可以通过多张背景图像求平均获得。背景图像可以是雷达探测区域无待测目标的情况下获取的雷达图。图像差值处理可以是将两个图像的各像素点数值进行求差处理。二值化处理可以是图像上的每一个像素只有两种可能的取值或灰度等级状态,即图像中的任何像素点的灰度值均为0或者255,分别代表黑色和白色。
本申请实施例中,平均背景图像避免了单张背景图像可能存在个别像素点异常的问题,提高了容错率。
具体的,利用雷达获取至少两张背景图像,每一张背景图像可记为F,其有P行Q列,即有P*Q个像素点所构成的灰度图像,矩阵表示如下:
进一步的,平均背景图像各像素点的灰度值由各背景图像对应像素点的灰度值求平均值得到,以f11像素点为例,平均背景图像中f11像素点的灰度值,由各背景图像中f11像素点的灰度值求平均获得,在此过程中,f11即为目标像素点。遍历所有的目标像素点,可以得到平均背景图像用公式表达为:
其中,Fi为各背景图像中的每个图像的灰度图。U为背景图像的数量。
本申请实施例中,将微波雷达图像与平均背景图像进行图像差值处理,得到差值图像FΔ,可表示为:
其中,F为微波雷达图像的灰度图。
具体的,可通过如下公式进行二值化处理:
其中,fij'为雷达图像经过二值化处理后的对应像素点的灰度值,为差值图像中对应像素点的灰度值,S为预设灰度值,预设灰度值可以是雷达图中对应像素点的灰度值转化为0或255的临界值,当雷达图中对应像素点的灰度值大于或等于预设灰度值,对应像素点的灰度值转化为255,反之转化为0。预设灰度值可以根据实际情况确定,本申请实施例对此不做限定。
在另一个实施例中,对所述雷达图进行前景和背景分离可以是:针对雷达图中的待识别像素点,确定所述待识别像素点映射在雷达探测区域对应的目标检测位置点以及雷达在目标检测位置点扫描时对应的预设信号强度概率分布模型;检测待识别像素点取值与目标检测位置点对应的预设信号强度概率分布模型的匹配结果,所述预设信号概率分布模型用于描述在雷达检测区域未包括前景情况下对目标检测位置点扫描时雷达回波信号的信号强度概率分布;根据匹配结果,对所述雷达图中前景和背景进行分离。
其中,待识别像素点可以是雷达图中需要进行检测的像素点。目标检测位置点可以是雷达图中待识别像素点对应的雷达检测区域中的检测位置,雷达图中各个像素点与雷达检测区域中的各个目标检测位置点存在一一对应关系。
具体的,通过雷达扫描雷达检测区域,并获取雷达检测区域的雷达图,再确定雷达图中的各个待识别像素点在雷达检测区域对应的目标检测位置点,以确保雷达图的像素点与对应的目标检测点位置的准确性,进而保证了后续通过对待识别像素点的分析处理后可精准对应到目标检测位置点的位置,方便对目标检测位置点进行处理;同时也要确定目标检测位置点对应的预设信号强度概率分布模型,以方便后续对待识别像素点对应的概率分布类型进行确定。
具体的,获取雷达图后,将雷达图中的待识别像素点取值带入到预设信号强度概率分布模型中的各个正态分布模型中,以判断待识别像素点取值是否与预设信号强度概率分布模型适配,只要符合预设信号强度概率分布模型中的一个正态分布模型,则待识别像素点取值与预设信号强度概率分布模型适配。
在一个可行的实施例中,检测待识别像素点取值与目标检测位置点对应的预设信号强度概率分布模型的匹配结果,可包括如下步骤B1-B3:
步骤B1、检测待识别像素点取值与目标检测位置点对应预设信号强度概率分布模型中至少一个正态分布模型是否满足预设匹配条件;其中所述预设匹配条件包括待识别像素点取值与正态分布模型的均值满足预设拉依达准则。
步骤B2、若存在至少一个满足预设匹配条件的正态分布模型,则确定待识别像素点在雷达图中属于背景像素。
步骤B3、若不存在满足预设匹配条件的正态分布模型,则确定待识别像素点在雷达图中属于前景像素。
其中,预设匹配条件可以是用来判断待识别像素点取值是否满足目标检测位置点对应的预设信号强度概率分布模型中至少一个正态分布模型。预设拉依达准则可以用如下公式表示:
具体的,通过雷达扫描雷达检测区域获取雷达图,并将雷达图中待识别像素点取值输入到目标检测位置点对应预设信号强度概率分布模型中,判断目标检测位置点对应预设信号强度概率分布模型中至少一个正态分布模型是否满足预设匹配条件,若存在至少一个满足预设匹配条件的正态分布模型,则确定待识别像素点在雷达图中属于背景像素;若不存在满足预设匹配条件的正态分布模型,则确定待识别像素点在雷达图中属于前景像素,进而对所述雷达图进行前景和背景分离。
S430,根据所述雷达图中像素点与待测区域中位置点的对应关系,确定所述前景位于待测区域中的位置。
本申请实施例中,雷达图的像素点与待测区域成一一对应关系,根据所述前景在雷达图中的分布,可确定前景对应的待测区域中的位置。
S440,控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测。
S450,根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
本申请实施例的技术方案,通过对所述雷达图进行前景和背景分离,确定所述前景位于所述雷达图中的位置;根据所述雷达图中像素点与待测区域中位置点的对应关系,确定所述前景位于待测区域中的位置,达到了准确且快速地确定待测目标的位置的效果。
实施例五
图10为本申请实施例五提供的一种基于雷达图的目标体积检测装置的结构示意图,该装置可执行本发明任意实施例所提供的基于雷达图的目标体积检测方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图10所示,该装置包括:
位置确定模块510,用于根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;
待测目标检测模块520,用于控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;
体积确定模块530,用于根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
可选的,体积确定模块530包括:
距离确定单元,用于根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,确定所述雷达与所述待测目标上的检测点之间的距离;
空间坐标确定单元,用于根据所述距离、雷达的检测姿态信息中的水平方向的方位角以及竖直方向的俯仰角,确定所述检测点的空间坐标。
可选的,体积确定模块530包括:
三维模型绘制单元,用于根据所述检测点的空间坐标,仿真绘制所述待测目标的三维模型;
体积确定单元,用于根据所述三维模型的三维坐标,确定所述待测目标的体积。
可选的,体积确定单元包括:
柱体模型确定子单元,用于沿所述三维坐标的预设坐标方向,按照预设间隔对所述待测目标的三维模型进行切割,得到至少两个以预设间隔为高度的柱体模型;
体积确定子单元,用于确定所述柱体模型的截面积,并根据所述柱体模型的截面积以及所述柱体模型的高度,确定所述柱体模型的体积;
待测目标体积确定子单元,用于确定至少两个柱体模型的体积之和,作为所述待测目标的体积。
可选的,待测目标检测模块520包括:
扫描检测单元,用于控制雷达每次改变预设俯仰角,在竖直方向上进行扫描检测;
水平扫描单元,用于在每次改变预设俯仰角后进行检测的过程中,控制所述雷达在同一俯仰角的情况下每次改变预设方位角,在水平方向上进行扫描检测。
可选的,位置确定模块510包括:
强度插值单元,用于根据雷达相邻探测方向上与雷达距离相等的相邻位置点处回波信号的强度数据,在相邻位置点之间进行强度插值,确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据;
位置点确定单元,用于确定雷达图中各像素点所对应的位置点;其中,所述位置点包括强度插值之后各强度数据对应的位置点;
雷达图生成单元,用于根据各位置点的强度数据,确定与各位置点对应的雷达图像素点的灰度值,并根据所述灰度值生成雷达图。
可选的,强度插值单元包括:
强度插值子单元,用于在以所述相邻位置点为端点的同心圆弧上进行强度插值,得到插值位置点;所述同心圆弧为以雷达为圆心的,以雷达到所述相邻位置点为半径的圆弧上;
第一权重值确定子单元,用于将相邻位置点中第一位置点到插值位置点的同心圆弧长度,与相邻位置点之间的同心圆弧长度的比值,作为相邻位置点中第二位置点的强度数据的第一权重值;
第二权重值确定子单元,用于将相邻位置点中第二位置点到插值位置点的同心圆弧长度,与相邻位置点之间的同心圆弧长度的比值,作为相邻位置点中第一位置点的强度数据的第二权重值;
加权求和子单元,用于根据第一权重值和第二权重值,对相邻位置点的强度数据进行加权求和,作为所述插值位置点的强度数据。
可选的,位置确定模块510包括:
分离单元,用于对所述雷达图进行前景和背景分离,确定所述前景位于所述雷达图中的位置;
位置确定单元,用于根据所述雷达图中像素点与待测区域中位置点的对应关系,确定所述前景位于待测区域中的位置。
本申请实施例所提供的一种基于雷达图的目标体积检测装置可执行本发明任意实施例所提供的一种基于雷达图的目标体积检测方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例六
图11示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机,诸如,膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置,诸如,个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例,并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图11所示,电子设备10包括至少一个处理器11,以及与至少一个处理器11通信连接的存储器,如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等,其中,存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序,处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序,来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中,还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15,包括:输入单元16,例如键盘、鼠标等;输出单元17,例如各种类型的显示器、扬声器等;存储单元18,例如磁盘、光盘等;以及通信单元19,例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理,例如基于雷达图的目标体积检测方法。
在一些实施例中,基于雷达图的目标体积检测方法可被实现为计算机程序,其被有形地包含于计算机可读存储介质,例如存储单元18。在一些实施例中,计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时,可以执行上文描述的基于雷达图的目标体积检测方法的一个或多个步骤。备选地,在其他实施例中,处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如,借助于固件)而被配置为执行基于雷达图的目标体积检测方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括:实施在一个或者多个计算机程序中,该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释,该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器,可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令,并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器,使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行,作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中,计算机可读存储介质可以是有形的介质,其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备,或者上述内容的任何合适组合。备选地,计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互,可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术,该电子设备具有:用于向用户显示信息的显示装置(例如,CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器);以及键盘和指向装置(例如,鼠标或者轨迹球),用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互;例如,提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如,视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈);并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如,作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如,应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如,具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机,用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如,通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括:局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器,又称为云计算服务器或云主机,是云计算服务体系中的一项主机产品,以解决了传统物理主机与VPS服务中,存在的管理难度大,业务扩展性弱的缺陷。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (11)
1.一种基于雷达图的目标体积检测方法,其特征在于,所述方法包括:
根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;
控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;
根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,包括:
根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,确定所述雷达与所述待测目标上的检测点之间的距离;
根据所述距离、雷达的检测姿态信息中的水平方向的方位角以及竖直方向的俯仰角,确定所述检测点的空间坐标。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积,包括:
根据所述检测点的空间坐标,仿真绘制所述待测目标的三维模型;
根据所述三维模型的三维坐标,确定所述待测目标的体积。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,根据所述三维模型的三维坐标,确定所述待测目标的体积,包括:
沿所述三维坐标的预设坐标方向,按照预设间隔对所述待测目标的三维模型进行切割,得到至少两个以预设间隔为高度的柱体模型;
确定所述柱体模型的截面积,并根据所述柱体模型的截面积以及所述柱体模型的高度,确定所述柱体模型的体积;
确定至少两个柱体模型的体积之和,作为所述待测目标的体积。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测,包括:
控制雷达每次改变预设俯仰角,在竖直方向上进行扫描检测;
在每次改变预设俯仰角后进行检测的过程中,控制所述雷达在同一俯仰角的情况下每次改变预设方位角,在水平方向上进行扫描检测。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,包括:
根据雷达相邻探测方向上与雷达距离相等的相邻位置点处回波信号的强度数据,在相邻位置点之间进行强度插值,确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据;
确定雷达图中各像素点所对应的位置点;其中,所述位置点包括强度插值之后各强度数据对应的位置点;
根据各位置点的强度数据,确定与各位置点对应的雷达图像素点的灰度值,并根据所述灰度值生成雷达图。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,根据雷达相邻探测方向上与雷达距离相等的相邻位置点处反射回波的强度数据,在相邻位置点之间进行强度插值,确定与雷达距离相等的插值位置点处的强度数据,包括:
在以所述相邻位置点为端点的同心圆弧上进行强度插值,得到插值位置点;所述同心圆弧为以雷达为圆心的,以雷达到所述相邻位置点为半径的圆弧上;
将相邻位置点中第一位置点到插值位置点的同心圆弧长度,与相邻位置点之间的同心圆弧长度的比值,作为相邻位置点中第二位置点的强度数据的第一权重值;
将相邻位置点中第二位置点到插值位置点的同心圆弧长度,与相邻位置点之间的同心圆弧长度的比值,作为相邻位置点中第一位置点的强度数据的第二权重值;
根据第一权重值和第二权重值,对相邻位置点的强度数据进行加权求和,作为所述插值位置点的强度数据。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述雷达图确定待测目标的位置,包括:
对所述雷达图进行前景和背景分离,确定所述前景位于所述雷达图中的位置;
根据所述雷达图中像素点与待测区域中位置点的对应关系,确定所述前景位于待测区域中的位置。
9.一种基于雷达图的目标体积检测装置,其特征在于,所述装置包括:
位置确定模块,用于根据待测区域中的雷达进行探测得到的回波信号,确定雷达图,并根据所述雷达图确定待测目标的位置;
待测目标检测模块,用于控制机械臂将雷达放置于所述待测目标所处的子待测区域内,并对所述待测目标进行检测;
体积确定模块,用于根据位于子待测区域中的雷达对所述待测目标进行检测得到的检测信号,以及雷达的检测姿态信息,确定所述待测目标的空间坐标,根据所述空间坐标确定所述待测目标的体积。
10.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8中任一项所述的基于雷达图的目标体积检测方法。
11.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的基于雷达图的目标体积检测方法。
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