CN116188561A - 不规则物体的面积和体积测量方法、系统、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则物体的面积和体积测量方法、系统、设备和介质，包括：采集不规则物体的深度图；将所述深度图中的ROI区域转为游程编码；将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中；并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点；根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。本发明通过以深度图为处理对象，并基于扫描线游程编码和三角网格来实现对不规则物体的面积和体积的测量，不仅计算结果精度高，而且计算效率高，同时消耗存储资源较少。

Description

不规则物体的面积和体积测量方法、系统、设备和介质

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种不规则物体的面积和体积测量方法、系统、设备和介质。

背景技术

随着社会和工业的快速发展，三维测量已经成为很多工业生产中不可或缺的一部分，高精度、高速的三维测量技术不断涌现。一般而言，规则物体的面积和体积可以应用固定的面积和体积公式计算得出，但在精密零件加工、古建筑复原、文物修复等应用场景中，被测量对象往往是不规则的，导致体积的计算没有现成可以套用的公式。为计算不规则物体的面积和体积，目前一般是采用全站仪或全球定位系统(GPS)观测物体特征点来计算物体的面积和体积，不过因其测量数据十分有限，使得不规则物体面积和体积的计算结果误差较大。

因此，现在迫切的需要研究一种新的不规则物体的面积和体积测量技术。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种不规则物体的面积和体积测量方法、系统、设备和介质，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种不规则物体的面积和体积测量方法，所述方法包括：

采集不规则物体的深度图；

将所述深度图中的ROI区域转为游程编码；

将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中；

并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点；

根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量方法中，所述将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中的步骤包括：

按照以下公式计算游程范围内的有效像素的真实坐标：

真实坐标＝(像素值-偏移)*分辨率；

将计算得到的真实坐标保存到点数组中。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量方法中，所述并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点的步骤包括：

将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元；

判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素；

若是，则并行提取出四个相邻的有效像素组成的左上和右下两个三角网格；

若否，则并行提取出三个相邻的有效像素组成的一个三角网格，或者并行提取出两个有效像素组成的两个孤点，或者提取出一个有效像素组成的一个孤点。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量方法中，在所述将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元的步骤之后，所述方法还包括：

判断是否存在由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元；

若否，则直接执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤；

若是，则从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，再执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量方法中，所述根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积的步骤包括：

根据所述点数组中的真实坐标，按照以下公式分别计算三角网格的底面积S_底、三角网格的上表面积S_上、孤点的上表面积S_孤、孤点的体积V_孤以及三角网格的体积V_体：

S_底＝Xr×Yr×0.5；

，三角网格的三个有效像素的坐标按逆时针排列分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)，V1_x＝X₂-X₁，V1_y＝Y₂-Y₁，V1_z＝Z₂-Z₁，V2_x＝X₃-X₁，V2_x＝Y₃-Y₁，V2_z＝Z₃-Z₁；

S_孤＝Xr×Yr×0.5；

V_孤＝Xr×Yr×Z(i，j)；

当三角网格的三个有效像素的坐标同号时，V_体＝V_FED-ABC＝[(Z1+Z2+Z3)/3]×Xr×Yr/2；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和C在斜边，一个坐标异号的有效像素I在直角边时，设A、C、I三点的Z值分别为正、正、负，EG＝EI/(AJ+EI),EF＝EI/(CD+EI),V_凹＝V_EFG-I＝1/3×1/2×EG×EF×EI，V_EDJ-IHK＝1/2×EI，V_DFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_EFG-I，V_AC-IHK＝1/3×1/2×[(AG+EI)+(CD+EI)],V_凸＝V_AC-DJGF＝V_AC-IHK-V_DFGJ-IHK；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和B在直角边，一个坐标异号的有效像素H在斜边时，设A、B、H三点的Z值分别为正、正、负，DF＝DH/(BE+DH),

V_EDJ-JHK＝1/2×DH，V_EFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_DEG-H，V_AB-IHK＝1/3×1/2[(BE+DH)+(AJ+DH)],V_凸＝V_AB-EFGJ＝V_AB-IHK-V_EFGJ-IHK；

其中，Xr和Yr为深度图X、Y方向的分辨率，Z(i,j)为第i行、第j列的Z值，Z1、Z2、Z3分别为三角网格的三个有效像素的Z值。

第二方面，本发明提供一种不规则物体的面积和体积测量系统，所述系统包括：

图像采集模块，用于采集不规则物体的深度图；

ROI转游程模块，用于将所述深度图中的ROI区域转为游程编码；

坐标保存模块，用于将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中；

网格孤点提取模块，用于并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点；

面积体积计算模块，用于根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量系统中，所述坐标保存模块具体用于：

按照以下公式计算游程范围内的有效像素的真实坐标：

真实坐标＝(像素值-偏移)*分辨率；

将计算得到的真实坐标保存到点数组中。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量系统中，所述网格孤点提取模块具体用于：

将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元；

判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素；

若是，则并行提取出四个相邻的有效像素组成的左上和右下两个三角网格；

若否，则并行提取出三个相邻的有效像素组成的一个三角网格，或者并行提取出两个有效像素组成的两个孤点，或者提取出一个有效像素组成的一个孤点。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量系统中，所述网格孤点提取模块在执行所述将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元的步骤之后，还具体用于：

判断是否存在由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元；

若否，则直接执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤；

若是，则从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，再执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤。

进一步地，所述不规则物体的面积和体积测量系统中，所述面积体积计算模块具体用于：

根据所述点数组中的真实坐标，按照以下公式分别计算三角网格的底面积S_底、三角网格的上表面积S_上、孤点的上表面积S_孤、孤点的体积V_孤以及三角网格的体积V_体：

S_底＝Xr×Yr×0.5；

，三角网格的三个有效像素的坐标按逆时针排列分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)，V1_x＝X₂-X₁，V1_y＝Y₂-Y₁，V1_z＝Z₂-Z₁，V2_x＝X₃-X₁，V2_x＝Y₃-Y₁，V2_z＝Z₃-Z₁；

S_孤＝Xr×Yr×0.5；

V_孤＝Xr×Yr×Z(i，j)；

当三角网格的三个有效像素的坐标同号时，V_体＝V_FED-ABC＝[(Z1+Z2+Z3)/3]×Xr×Yr/2；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和C在斜边，一个坐标异号的有效像素I在直角边时，设A、C、I三点的Z值分别为正、正、负，EG＝EI/(AJ+EI),EF＝EI/(CD+EI),V_凹＝V_EFG-I＝1/3×1/2×EG×EF×EI，V_EDJ-IHK＝1/2×EI，V_DFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_EFG-I，V_AC-IHK＝1/3×1/2×[(AG+EI)+(CD+EI)],V_凸＝V_AC-DJGF＝V_AC-IHK-V_DFGJ-IHK；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和B在直角边，一个坐标异号的有效像素H在斜边时，设A、B、H三点的Z值分别为正、正、负，DF＝DH/(BE+DH),

V_EDJ-JHK＝1/2×DH，V_EFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_DEG-H，V_AB-IHK＝1/3×1/2[(BE+DH)+(AJ+DH)],V_凸＝V_AB-EFGJ＝V_AB-IHK-V_EFGJ-IHK；

其中，Xr和Yr为深度图X、Y方向的分辨率，Z(i,j)为第i行、第j列的Z值，Z1、Z2、Z3分别为三角网格的三个有效像素的Z值。

第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的不规则物体的面积和体积测量方法。

第四方面，本发明提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令由计算机处理器执行，以实现如上述第一方面所述的不规则物体的面积和体积测量方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种不规则物体的面积和体积测量方法、系统、设备和介质，通过以深度图为处理对象，并基于扫描线游程编码和三角网格来实现对不规则物体的面积和体积的测量，不仅计算结果精度高，而且计算效率高，同时消耗存储资源较少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种不规则物体的面积和体积测量方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提及的4*2的深度图的示意图；

图3是本发明实施例一提及的Quad单元存在的五种三角网格样式的示意图；

图4是本发明实施例一提及的由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元的示意图；

图5是本发明实施例一提及的156*161的深度图的示意图；

图6是本发明实施例一提及的493*503的深度图的示意图；

图7是本发明实施例一提及的三角网格的三个有效像素的坐标同号的示意图；

图8是本发明实施例一提及的两个坐标同号的有效像素的在斜边，坐标异号的有效像素在直角边的示意图；

图9是本发明实施例一提及的两个坐标同号的有效像素在直角边，坐标异号的有效像素在斜边的示意图；

图10是本发明实施例二提供的一种不规则物体的面积和体积测量系统的功能模块示意图；

图11是本发明实施例三提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有的不规则物体的面积体积测量技术存在的缺陷，本申请人基于从事此领域设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得不规则物体的面积体积测量技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图1，为本发明实施例一提供的一种不规则物体的面积和体积测量方法的流程示意图，该方法适用于对不规则物体面积和体积进行测量的场景，该方法由不规则物体的面积和体积测量系统来执行，该系统可以由软件和/或硬件实现。该方法具体包括如下步骤：

S101、采集不规则物体的深度图。

需要说明的是，深度图，也称为深度图像，指的是将从图像采集器到物体中各点的距离作为像素值的图像。本步骤是通过3D相机采集不规则物体的深度图。

S102、将所述深度图中的ROI区域转为游程编码。

需要说明的是，在现有技术中，通常在一幅图像中只处理ROI区域，即感兴趣区域，而其它区域则保持源像素不变。运用主流的算法时掩膜图像的构造和运算都会使得非ROI的区域也参与了运算，导致运算时间长，降低了运算效率。因此，本实施例使用游程编码的方式处理深度图中的ROI区域，极大地减少了数据的冗余性，避免了无用的运算，提高了计算效率。

S103、将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中。

需要说明的是，筛选出游程范围内的所有有效像素之后，为了避免计算面积和体积时重复提取点，进而避免浪费时间，则本实施例提前将有效像素对应的真实坐标保存到点数组中。

在本实施例中，所述步骤S103还可进一步细化为包括如下步骤：

按照以下公式计算游程范围内的有效像素的真实坐标：

真实坐标＝(像素值-偏移)*分辨率；

将计算得到的真实坐标保存到点数组中。

需要说明的是，按照上述公式计算每个游程范围内的有效像素的真实坐标后，将该些真实坐标保存到点数组中。

S104、并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点。

需要说明的是，记p(i,j)为深度图第i行第j列的像素点，如图2所示的一个4*2的深度图，有效像素的坐标为{(0,1),(0,2),(0,3),(1,0),(1,1)}，无效像素的坐标为{(0,0),(1,2),(1,3)}。

当有效像素无法构成面单元的时候，我们将其定义为孤立点，如图2中的黑色点所示。

在本实施例中，所述步骤S104还可进一步细化为包括如下步骤：

将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元；

判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素；

若是，则并行提取出四个相邻的有效像素组成的左上和右下两个三角网格；

若否，则并行提取出三个相邻的有效像素组成的一个三角网格，或者并行提取出两个有效像素组成的两个孤点，或者提取出一个有效像素组成的一个孤点。

需要说明的是，一般情况下，定义的Quad单元存在的三角网格样式有五种，如图3中的(a-e)所示，可按照上述的提取方式进行三角网格和孤点的提取。

在本实施例中，在所述将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元的步骤之后，所述方法还包括：

判断是否存在由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元；

若否，则直接执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤；

若是，则从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，再执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤。

需要说明的是，除了前面提到的图3中的五种三角网格样式之外，还可能碰到六个相邻的有效像素组成的两个共边的Quad单元，即左右Quad单元的情况，此时不需要采用另外的提取方式进行提取。

以六个相邻的有效像素中第一列中间的有效像素为中心点(i,j)，计算得到左、右、左下、下、右下像素序号分别为：

(i,j-1),(i,+1),(i+1,j-1),(i+1,j),(i+1,j+1)。

针对六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元的特殊情况，提取方法为从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，如图4所示。

S105、根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。

需要说明的是，通过以上步骤，可以得到深度图的三角网格集合和孤立点集合，可以很容易的计算三角网格和孤立点的面积和体积。

可利用TBB工具分别对每个步骤处理，分别进行并行运算。

利用CPU多核的优势，原本只能单行处理的图像数据，变成同时处理多行，稳定可靠。

示例性地，针对156*161和493*503的深度图(如图5和图6)，测量深度图的面积和体积。

测量结果为：对于156*161的深度图测试100次，ROI为整幅图，以往常用方法平均耗时2.4999毫秒，本算法平均耗时1.1632毫秒。

对于493*503的深度图测试100次，ROI为整幅图，以往常用方法平均耗时27.5072毫秒，本算法平均耗时10.807毫秒。

在本实施例中，所述步骤S105还可进一步细化为包括如下步骤：

根据所述点数组中的真实坐标，按照以下公式分别计算三角网格的底面积S_底、三角网格的上表面积S_上、孤点的上表面积S_孤、孤点的体积V_孤以及三角网格的体积V_体：

S_底＝Xr×Yr×0.5；

，三角网格的三个有效像素的坐标按逆时针排列分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)，V1_x＝X₂-X₁，V1_y＝Y₂-Y₁，V1_z＝Z₂-Z₁，V2_x＝X₃-X₁，V2_x＝Y₃-Y₁，V2_z＝Z₃-Z₁；

S_孤＝Xr×Yr×0.5；

V_孤＝Xr×Yr×Z(i，j)；

针对三角网格的体积计算：

计算三角网格体积的时候，需要注意三角网格三个有效像素的坐标的正负(即是否同号)情况，可分为以下两种情况：

(一)三个有效像素的坐标同号；

如图7所示，当三角网格的三个有效像素的坐标同号时，V_体＝V_FED-ABC＝[(Z1+Z2+Z3)/3]×Xr×Yr/2；

(二)三个有效像素的坐标不同号，即一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的坐标异号；

此情况又可分为两种类型：

(1)两个坐标同号的有效像素的在斜边，坐标异号的有效像素在直角边；

如图8所示，当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和C在斜边，一个坐标异号的有效像素I在直角边时，设A、C、I三点的Z值分别为正、正、负，EG＝EI/(AJ+EI),EF＝EI/(CD+EI),V_凹＝V_EFG-I＝1/3×1/2×EG×EF×EI，V_EDJ-IHK＝1/2×EI，V_DFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_EFG-I，V_AC-IHK＝1/3×1/2×[(AG+EI)+(CD+EI)],V_凸＝V_AC-DJGF＝V_AC-IHK-V_DFGJ-IHK；

(2)两个坐标同号的有效像素在直角边，坐标异号的有效像素在斜边；

如图9所示，当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和B在直角边，一个坐标异号的有效像素H在斜边时，设A、B、H三点的Z值分别为正、正、负，DF＝DH/(BE+DH),

V_EDJ-JHK＝1/2×DH，V_EFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_DEG-H，V_AB-IHK＝1/3×1/2[(BE+DH)+(AJ+DH)],V_凸＝V_AB-EFGJ＝V_AB-IHK-V_EFGJ-IHK；

其中，Xr和Yr为深度图X、Y方向的分辨率，Z(i,j)为第i行、第j列的Z值，Z1、Z2、Z3分别为三角网格的三个有效像素的Z值。

尽管本文中较多的使用了深度图、游程编码、ROI区域等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明提供的一种不规则物体的面积和体积测量方法，通过以深度图为处理对象，并基于扫描线游程编码和三角网格来实现对不规则物体的面积和体积的测量，不仅计算结果精度高，而且计算效率高，同时消耗存储资源较少。

实施例二

请参考图10，图10为本发明实施例二提供的一种不规则物体的面积和体积测量系统的功能模块示意图，该系统适用于执行本发明实施例提供的不规则物体的面积和体积测量方法。该系统具体包含如下模块：

图像采集模块201，用于采集不规则物体的深度图；

ROI转游程模块202，用于将所述深度图中的ROI区域转为游程编码；

坐标保存模块203，用于将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中；

网格孤点提取模块204，用于并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点；

面积体积计算模块205，用于根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。

优选地，所述坐标保存模块203具体用于：

按照以下公式计算游程范围内的有效像素的真实坐标：

真实坐标＝(像素值-偏移)*分辨率；

将计算得到的真实坐标保存到点数组中。

优选地，所述网格孤点提取模块204具体用于：

将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元；

判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素；

若是，则并行提取出四个相邻的有效像素组成的左上和右下两个三角网格；

若否，则并行提取出三个相邻的有效像素组成的一个三角网格，或者并行提取出两个有效像素组成的两个孤点，或者提取出一个有效像素组成的一个孤点。

优选地，所述网格孤点提取模块204在执行所述将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元的步骤之后，还具体用于：

判断是否存在由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元；

若否，则直接执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤；

若是，则从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，再执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤。

优选地，所述面积体积计算模块205具体用于：

根据所述点数组中的真实坐标，按照以下公式分别计算三角网格的底面积S_底、三角网格的上表面积S_上、孤点的上表面积S_孤、孤点的体积V_孤以及三角网格的体积V_体：

S_底＝Xr×Yr×0.5；

，三角网格的三个有效像素的坐标按逆时针排列分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)，V1_x＝X₂-X₁，V1_y＝Y₂-Y₁，V1_z＝Z₂-Z₁，V2_x＝X₃-X₁，V2_x＝Y₃-Y₁，V2_z＝Z₃-Z₁；

S_孤＝Xr×Yr×0.5；

V_孤＝Xr×Yr×Z(i，j)；

当三角网格的三个有效像素的坐标同号时，V_体＝V_FED-ABC＝[(Z1+Z2+Z3)/3]×Xr×Yr/2；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和C在斜边，一个坐标异号的有效像素I在直角边时，设A、C、I三点的Z值分别为正、正、负，EG＝EI/(AJ+EI),EF＝EI/(CD+EI),V_凹＝V_EFG-I＝1/3×1/2×EG×EF×EI，V_EDJ-IHK＝1/2×EI，V_DFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_EFG-I，V_AC-IHK＝1/3×1/2×[(AG+EI)+(CD+EI)],V_凸＝V_AC-DJGF＝V_AC-IHK-V_DFGJ-IHK；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和B在直角边，一个坐标异号的有效像素H在斜边时，设A、B、H三点的Z值分别为正、正、负，DF＝DH/(BE+DH),

V_EDJ-JHK＝1/2×DH，V_EFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_DEG-H，V_AB-IHK＝1/3×1/2[(BE+DH)+(AJ+DH)],V_凸＝V_AB-EFGJ＝V_AB-IHK-V_EFGJ-IHK；

其中，Xr和Yr为深度图X、Y方向的分辨率，Z(i,j)为第i行、第j列的Z值，Z1、Z2、Z3分别为三角网格的三个有效像素的Z值。

本发明提供的一种不规则物体的面积和体积测量系统，通过以深度图为处理对象，并基于扫描线游程编码和三角网格来实现对不规则物体的面积和体积的测量，不仅计算结果精度高，而且计算效率高，同时消耗存储资源较少。

上述系统可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例三

图11为本发明实施例三提供的一种计算机设备的结构示意图。图11示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图11显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图11所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图11未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图11中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图11中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的不规则物体的面积和体积测量方法。

实施例四

本发明实施例四提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，该指令被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的不规则物体的面积和体积测量方法。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (12)

1.一种不规则物体的面积和体积测量方法，其特征在于，所述方法包括：

采集不规则物体的深度图；

将所述深度图中的ROI区域转为游程编码；

将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中；

并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点；

根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。

2.根据权利要求1所述的不规则物体的面积和体积测量方法，其特征在于，所述将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中的步骤包括：

按照以下公式计算游程范围内的有效像素的真实坐标：

真实坐标＝(像素值-偏移)*分辨率；

将计算得到的真实坐标保存到点数组中。

3.根据权利要求1所述的不规则物体的面积和体积测量方法，其特征在于，所述并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点的步骤包括：

将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元；

判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素；

若是，则并行提取出四个相邻的有效像素组成的左上和右下两个三角网格；

若否，则并行提取出三个相邻的有效像素组成的一个三角网格，或者并行提取出两个有效像素组成的两个孤点，或者提取出一个有效像素组成的一个孤点。

4.根据权利要求3所述的不规则物体的面积和体积测量方法，其特征在于，在所述将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元的步骤之后，所述方法还包括：

判断是否存在由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元；

若否，则直接执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤；

若是，则从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，再执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤。

5.根据权利要求1所述的不规则物体的面积和体积测量方法，其特征在于，所述根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积的步骤包括：

根据所述点数组中的真实坐标，按照以下公式分别计算三角网格的底面积S_底、三角网格的上表面积S_上、孤点的上表面积S_孤、孤点的体积V_孤以及三角网格的体积V_体：

S_底＝Xr×Yr×0.5；

，三角网格的三个有效像素的坐标按逆时针排列分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)，V1_x＝X₂-X₁，V1_y＝Y₂-Y₁，V1_z＝Z₂-Z₁，V2_x＝X₃-X₁，V2_x＝Y₃-Y₁，V2_z＝Z₃-Z₁；

S_孤＝Xr×Yr×0.5；

V_孤＝Xr×Yr×Z(i，j)；

当三角网格的三个有效像素的坐标同号时，V_体＝V_FED-ABC＝[(Z1+Z2+Z3)/3]×Xr×Yr/2；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和C在斜边，一个坐标异号的有效像素I在直角边时，设A、C、I三点的Z值分别为正、正、负，EG＝EI/(AJ+EI),EF＝EI/(CD+EI),V_凹＝V_EFG-I＝1/3×1/2×EG×EF×EI，V_EDJ-IHK＝1/2×EI，V_DFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_EFG-I，V_AC-IHK＝1/3×1/2×[(AG+EI)+(CD+EI)],V_凸＝V_AC-DJGF＝V_AC-IHK-V_DFGJ-IHK；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和B在直角边，一个坐标异号的有效像素H在斜边时，设A、B、H三点的Z值分别为正、正、负，DF＝DH/(BE+DH),

V_EDJ-JHK＝1/2×DH，V_EFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_DEG-H，V_AB-IHK＝1/3×1/2[(BE+DH)+(AJ+DH)],V_凸＝V_AB-EFGJ＝V_AB-IHK-V_EFGJ-IHK；

其中，Xr和Yr为深度图X、Y方向的分辨率，Z(i,j)为第i行、第j列的Z值，Z1、Z2、Z3分别为三角网格的三个有效像素的Z值。

6.一种不规则物体的面积和体积测量系统，其特征在于，所述系统包括：

图像采集模块，用于采集不规则物体的深度图；

ROI转游程模块，用于将所述深度图中的ROI区域转为游程编码；

坐标保存模块，用于将游程范围内的有效像素的真实坐标保存到点数组中；

网格孤点提取模块，用于并行提取出所述游程范围内的有效像素组成的三角网格和孤点；

面积体积计算模块，用于根据所述点数组中的真实坐标计算三角网格和孤点的面积和体积。

7.根据权利要求6所述的不规则物体的面积和体积测量系统，其特征在于，所述坐标保存模块具体用于：

按照以下公式计算游程范围内的有效像素的真实坐标：

真实坐标＝(像素值-偏移)*分辨率；

将计算得到的真实坐标保存到点数组中。

8.根据权利要求6所述的不规则物体的面积和体积测量系统，其特征在于，所述网格孤点提取模块具体用于：

将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元；

判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素；

若是，则并行提取出四个相邻的有效像素组成的左上和右下两个三角网格；

若否，则并行提取出三个相邻的有效像素组成的一个三角网格，或者并行提取出两个有效像素组成的两个孤点，或者提取出一个有效像素组成的一个孤点。

9.根据权利要求8所述的不规则物体的面积和体积测量系统，其特征在于，所述网格孤点提取模块在执行所述将所述游程范围内四个相邻的像素定义为一个Quad单元的步骤之后，还具体用于：

判断是否存在由六个相邻的有效像素组成的左右Quad单元；

若否，则直接执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤；

若是，则从每个所述左右Quad单元中位于左边的Quad单元中提取出位于右下角的一个三角网格和位于左上角的一个孤点，以及从每个所述左右Quad单元中位于右边的Quad单元中提取出位于左上角的一个三角网格和位于右下角的一个孤点，再执行所述判断所述Quad单元中四个相邻的像素是否皆为有效像素的步骤。

10.根据权利要求6所述的不规则物体的面积和体积测量系统，其特征在于，所述面积体积计算模块具体用于：

根据所述点数组中的真实坐标，按照以下公式分别计算三角网格的底面积S_底、三角网格的上表面积S_上、孤点的上表面积S_孤、孤点的体积V_孤以及三角网格的体积V_体：

S_底＝Xr×Yr×0.5；

，三角网格的三个有效像素的坐标按逆时针排列分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)，V1_x＝X₂-X₁，V1_y＝Y₂-Y₁，V1_z＝Z₂-Z₁，V2_x＝X₃-X₁，V2_x＝Y₃-Y₁，V2_z＝Z₃-Z₁；

S_孤＝Xr×Yr×0.5；

V_孤＝Xr×Yr×Z(i，j)；

当三角网格的三个有效像素的坐标同号时，V_体＝V_FED-ABC＝[(Z1+Z2+Z3)/3]×Xr×Yr/2；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和C在斜边，一个坐标异号的有效像素I在直角边时，设A、C、I三点的Z值分别为正、正、负，EG＝EI/(AJ+EI),EF＝EI/(CD+EI),V_凹＝V_EFG-I＝1/3×1/2×EG×EF×EI，V_EDJ-IHK＝1/2×EI，V_DFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_EFG-I，V_AC-IHK＝1/3×1/2×[(AG+EI)+(CD+EI)],V_凸＝V_AC-DJGF＝V_AC-IHK-V_DFGJ-IHK；

当三角网格的三个有效像素中一个有效像素的坐标和另外两个有效像素的的坐标异号，且两个坐标同号的有效像素A和B在直角边，一个坐标异号的有效像素H在斜边时，设A、B、H三点的Z值分别为正、正、负，DF＝DH/(BE+DH),

V_EDJ-JHK＝1/2×DH，V_EFGJ-IHK＝V_EDJ-IHK-V_DEG-H，V_AB-IHK＝1/3×1/2[(BE+DH)+(AJ+DH)],V_凸＝V_AB-EFGJ＝V_AB-IHK-V_EFGJ-IHK；

其中，Xr和Yr为深度图X、Y方向的分辨率，Z(i,j)为第i行、第j列的Z值，Z1、Z2、Z3分别为三角网格的三个有效像素的Z值。

11.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的不规则物体的面积和体积测量方法。

12.一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令由计算机处理器执行，以实现如权利要求1-5中任一项所述的不规则物体的面积和体积测量方法。

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