CN220418618U - 基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置 - Google Patents
基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，包括称重仪本体、测距组件、轮胎图像采集组件、补光组件和控制器；称重仪本体顶面设有水准仪和显示屏；测距组件、轮胎图像采集组件和补光组件均设在朝向轮胎的称重仪本体的长侧壁面一上；补光组件位于长侧壁面一中心；轮胎图像采集组件包括工业相机和红外相机；测距组件包括关于补光组件对称的两个激光测距仪，且三者位于同一水平直线；两激光测距仪发射的激光光束与补光光线相交于待称重轮胎的侧面中心，且两个激光测距仪与待称重轮胎侧面中心之间的距离相等。本申请能方便交通警察随身携带，且能实现在不同使用场景中全天候及时准确、快速便捷地测量车重。
Description
技术领域
本实用新型涉及图像识别车辆称重领域，特别是一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置。
背景技术
目前，主流的汽车称重技术方法有静态地磅称重、桥梁动态称重系统、路面动态称重系统、压电石英称重系统以及新兴的基于光学相机的图像识别称重法。它们存在的问题如下：
1.静态地磅称重是一种常见的测量方式。该方式需要在服务站设置称重设备，并进行复杂的施工安装，造价高、使用成本高，同时需要频繁的后期维护，静态地磅称重其称重速度慢、效率低、无法实现动态称重。这种方式容易导致交通拥堵，尤其在交通高峰期更为明显。而且，静态地磅称重只能用于服务站、收费站等特定场景，难以满足不同场景和时间的需求。
2.安装桥梁动态称重系统需要在桥面上设置传感器，而其设备价格相对较高，需要大量资金投入。此外，传感器置放位置对测量结果会产生很大的影响，因此必须将传感器安放在特定位置，并且后期维护与更换也非常困难。此方法仅在车辆驶上桥面时才能进行重量测量，因此无法对存在超载的车辆进行限制，此外，当超载车辆已经上桥时，对桥梁的损伤已经造成，无法进行超前预警。
3.近年来，新型的压电石英称重技术也存在路面开挖、传感器成本高、长期维护的问题，并且，该类技术只能用于混凝土路面，无法用于沥青等柔性路面，其应用场景受到了大量限制。
4.现有的基于图像识别的车辆称重方法是基于光学相机图像的，在夜间条件下的测量精度较低，难以全天候高效工作。
5.任何用于固定地点称重的设备都是不具备便携性，无法做到随检随测，需要到称重设备安置点才能进行称重，无法提供多路段、多场景、多时段的快速称重需求。
综上所述，如何提高轮胎荷载以及车辆荷载的测量速度和准确性，降低环境因素对测量结果的影响，降低其造价和后期维护成本，增强系统的全天候使用能力。实现在不同使用场景中及时准确、快速便捷地测量车重，并为交警提供一个可便携的视觉称重设备，提高超重车辆的检查率，将称重技术下放于巡逻交警，进一步提高超载车辆的检测率，是目前本领域的技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，该基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置能方便交通警察随身携带，且能实现在不同使用场景中全天候及时准确、快速便捷地测量车重。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，包括称重仪本体、测距组件、轮胎图像采集组件、补光组件和控制器。
称重仪本体为长方体结构，其顶面设置有水准仪、显示屏和功能按键。
测距组件、轮胎图像采集组件和补光组件均设置在朝向轮胎的称重仪本体的长侧壁面一上。
补光组件设置在长侧壁面一的中心，能发出与长侧壁面一相垂直的补光光线。
轮胎图像采集组件包括工业相机和红外相机，工业相机和红外相机布设在补光组件两侧且邻近补光组件。
测距组件包括位于工业相机和红外相机外侧的激光测距仪一和激光测距仪二；激光测距仪一和激光测距仪二关于补光组件对称布设，且三者位于同一水平直线。
激光测距仪一发射的激光光束和激光测距仪二发射的激光光束与补光光线相交于待称重轮胎的侧面中心；设激光测距仪一与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L1，激光测距仪二与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L2，则L1＝L2。
控制器内置在称重仪本体内，且分别与显示屏、功能按键、测距组件、轮胎图像采集组件和补光组件相连接。
激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端角度均能够调节。
激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端均能在电机的带动下，进行角度调节。
设补光组件与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L3，当激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端角度变化时，L3值发生变化，L3取值范围为0.5m-2m。
功能按键包括电源开关键、单轮轴按键、双轮轴按键和显示界面操作键。
工业相机的像素为1200万像素，图像采集频率为5Hz；红外相机的像素为640×512像素，图像采集频率为5Hz。
水准仪包括相互垂直的X向水准仪和Y向水准仪；其中，X向水准仪沿着称重仪本体顶面的长度方向布设；Y向水准仪沿着称重仪本体顶面的宽度方向布设。
控制器型号为Jetson AGX Orin。
称重仪本体的一个短侧壁面设置有手柄，手柄上套设有防滑套。
称重仪本体背离轮胎的长侧壁面上设置有扬声器接口、充电接口、USB接口、SD卡口和Type-c接口。
本实用新型具有如下有益效果：
1.采用了光学相机与红外热成像相机相结合的方式，能减小环境因素的影响、提高测量精度、扩大适用范围并且夜间亦可使用，从而实现长期全天候稳定工作。
2、双光式激光测距仪双光束交汇于轮胎中心处，测距仪自动调节，使得拍摄位置距离轮胎侧面的直线距离L3为一设定值，从而光学相机与红外热成像相机拍摄图像清晰，称重结果准确；结合不同的使用工况，双光式激光测距仪自动变换光束偏转角度来调整拍摄位置距离轮胎侧面的直线距离L3，L3的取值范围为0.5m-2m，一般情况下L取值1m。
3、称重仪小巧、便携，能方便交通警察随身携带，快速测量出超重车辆。
在使用场景上，基于在不同使用场景中快速测量车重的开发思路，该设备被设计成便携手持式，可实现在不同使用场景中及时准确、快速便捷地测量车重。
附图说明
图1显示了本实用新型一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置的结构示意图一。
图2显示了图1视角时的爆炸示意图。
图3显示了本实用新型一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置的结构示意图二。
图4显示了图3视角时的爆炸示意图。
图5显示了测距组件的测距原理示意图。
图6显示了本实用新型一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置的长宽尺寸图。
图7显示了本实用新型一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置的厚度尺寸图。
其中有：
10.称重仪本体；11.显示屏；12.电源开关键；13.单轮轴按键；14.双轮轴按键；15.显示界面操作键；16.手柄；17.防滑套；18.防滑垫；
21.激光测距仪一；22.激光测距仪二；
31.工业相机；32.红外相机；
40.闪光灯；
51.X向水准仪；52.Y向水准仪；
61.扬声器接口；62.充电接口；63.USB接口；64.SD卡口；65.Type-c接口；
70.控制器；
80.电池；81.电池盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
如图1、图2、图3和图4所示，一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，包括称重仪本体10、测距组件、轮胎图像采集组件、补光组件和控制器70。
如图6和图7所示，称重仪本体为长方体结构，长宽高尺寸分别为524mm、241mm和107mm，体积小巧，方便交警人员随身携带。
称重仪本体具有顶面、底面、两个长侧壁面和两个短侧壁面。若将称重仪本体的长度方向称为X向，宽度方向称为Y向，则两个长侧壁面沿X向，分别为长侧壁面一和长侧壁面二，其中，长侧壁面一朝向轮胎；两个短侧壁面沿Y向。
称重仪本体的顶面设置有水准仪、显示屏11和功能按键。
上述水准仪包括相互垂直的X向水准仪51和Y向水准仪52。
X向水准仪沿着称重仪本体顶面的长度方向布设，能测试称重仪本体是否处于水平状态。
Y向水准仪沿着称重仪本体顶面的宽度方向布设，用于测试称重仪本体的两侧长侧壁面是否均与轮胎所在平面相平行。
在使用时，首先需要保证Y向水准仪中气泡处于中间，也即称重仪本体的两侧长侧壁面需与轮胎所在平面相平行，这样轮胎图像采集组件所采集图像均为轮胎正视图。
X向水准仪则作为辅助，可以不做要求，其气泡不处于中间，也可以进行测试，优选X向水准仪的气泡也处于中间。此时，称重仪本体的两侧长侧壁面与轮胎所在平面相平行；同时，称重仪本体处于水平状态，测试结果的准确度更高。
上述显示屏与控制器相连接，能显示重量、后续的L1、L2和L3值等。
上述功能按键优选包括电源开关键12、单轮轴按键13、双轮轴按键14和显示界面操作键15。
上述电源开关键用于控制称重仪本体的整体供电，优选与内置在控制称重仪本体中的电池80相连接，电池放置在电池盒中，顶部具有可拆卸的电池盖81。
上述单轮轴按键13和双轮轴按键14，由使用者根据目视待称重轮胎进行选择，用于后续称重计算。
上述显示界面操作键15能对显示屏进行操控。
称重仪本体的一个短侧壁面设置有手柄16，手柄上套设有防滑套17；称重仪本体的另一个短侧壁面及底部优选设置有防滑垫18。
称重仪本体背离轮胎的长侧壁面上设置有扬声器接口61、充电接口62、USB接口63、SD卡口64和Type-c接口65。
上述测距组件、轮胎图像采集组件和补光组件均设置在称重仪本体的长侧壁面一上。
补光组件优选为补光灯40，设置在长侧壁面一的中心，能发出与长侧壁面一相垂直的补光光线。
测距组件包括位于工业相机和红外相机外侧的激光测距仪一21和激光测距仪二22；激光测距仪一和激光测距仪二关于补光组件对称布设，且三者位于同一水平直线。
激光测距仪一发射的激光光束和激光测距仪二发射的激光光束与补光光线相交于待称重轮胎的侧面中心。
设激光测距仪一与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L1，激光测距仪二与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L2，补光组件与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L3，则L1＝L2。
上述激光测距仪一21和激光测距仪二22的测量的L1和L2均能在显示屏中进行显示，使用者在水准仪满足使用要求时，打开闪光灯，当显示屏中L1和L2相等时，轮胎图像采集组件即可开始工作。
进一步，激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端角度均优选能在电机带动下，进行角度调节。当激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端角度变化时，L3值发生变化，L3取值范围为0.5m-2m。本实施例中，优选为1m。
轮胎图像采集组件包括工业相机31和红外相机32，工业相机和红外相机优选对称布设在补光组件两侧且邻近补光组件。
上述工业相机的像素为1200万像素，以5HZ的采样频率采集轮胎侧面光学图片，并传送给控制器。
红外相机的像素为640×512像素，以5HZ的采样频率采集轮胎侧面红外热成像图片，并传送给控制器。
控制器型号优选为Jetson AGX Orin，为市场购买，控制器中内置有现有且已训练好的XGBoost机器学习模型，该XGBoost机器学习模型能根据输入的车辆轮轴类型、以及轮胎侧面光学图片或轮胎侧面红外热成像图片，计算车辆荷载。
一、上述XGBoost机器学习模型通过轮胎侧面光学图片计算车辆荷载的原理，优选为：
A、采用深度卷积神经网络处理光学工业相机所采集的图片，识别轮胎侧壁字符(轮胎尺寸(mm)、型号、胎压(Kpa)等信息)和轮胎竖向挠度(mm)并提取出字符识别结果和轮胎竖向挠度(mm)的检测结果。
B、将字符识别结果(轮胎尺寸(mm)、型号、胎压(Kpa)等信息)和轮胎竖向挠度光学相机图片检测结果(mm)作为输入特征输入到由深度学习开发板搭载的已经训练好的XGBoost机器学习模型中进行计算，得到光学工业相机所识别的轮胎荷载Wo。
上述XGBoost机器学习模型为现有技术，具体参考202211076683X的专利申请。
上述XGBoost机器学习模型通过轮胎侧面红外热成像图片计算车辆荷载的原理为：
A、采用深度卷积神经网络处理红外热成像相机所采集的图片，识别轮胎竖向挠度(mm)并提取出轮胎竖向挠度(mm)的检测结果。
B、将字符识别结果(轮胎尺寸(mm)、型号、胎压(Kpa)等信息)和轮胎竖向挠度红外相机图片检测结果(mm)作为输入特征输入到由深度学习开发板搭载的已经训练好的机器学习模型中进行计算，得到红外热成像相机所识别的轮胎荷载Wi。
二、计算第1根轮轴上的轮胎加权载荷具体为：
白天：
夜间：
四、计算第1根轮轴上的轮胎实际重量W1：
单轮轴：
双轮轴：
当检测到车辆第i轴轮胎时，重复上述步骤，计算出该车轴的轴重Wi并将其与字符识别结果和变形检测结果等轮胎计算效果图共同显示于显示屏上。
当所有的轴重Wi识别完成以后，对Wi进行求和即得到车辆总重W，具体为：
上述n为待称重车辆的轮轴总数量。
最后，将辆总重W显示于显示屏上。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：包括称重仪本体、测距组件、轮胎图像采集组件、补光组件和控制器；
称重仪本体为长方体结构，其顶面设置有水准仪、显示屏和功能按键；
测距组件、轮胎图像采集组件和补光组件均设置在朝向轮胎的称重仪本体的长侧壁面一上；
补光组件设置在长侧壁面一的中心，能发出与长侧壁面一相垂直的补光光线；
轮胎图像采集组件包括工业相机和红外相机，工业相机和红外相机布设在补光组件两侧且邻近补光组件；
测距组件包括位于工业相机和红外相机外侧的激光测距仪一和激光测距仪二；激光测距仪一和激光测距仪二关于补光组件对称布设，且三者位于同一水平直线；
激光测距仪一发射的激光光束和激光测距仪二发射的激光光束与补光光线相交于待称重轮胎的侧面中心；设激光测距仪一与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L1，激光测距仪二与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L2，则L1＝L2；
控制器内置在称重仪本体内，且分别与显示屏、功能按键、测距组件、轮胎图像采集组件和补光组件相连接。
2.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端角度均能够调节。
3.根据权利要求2所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端均能在电机的带动下，进行角度调节。
4.根据权利要求2或3所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：设补光组件与待称重轮胎侧面中心之间的距离为L3，当激光测距仪一和激光测距仪二的激光发射端角度变化时，L3值发生变化，L3取值范围为0.5m-2m。
5.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：功能按键包括电源开关键、单轮轴按键、双轮轴按键和显示界面操作键。
6.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：工业相机的像素为1200万像素，图像采集频率为5Hz；红外相机的像素为640×512像素，图像采集频率为5Hz。
7.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：水准仪包括相互垂直的X向水准仪和Y向水准仪；其中，X向水准仪沿着称重仪本体顶面的长度方向布设；Y向水准仪沿着称重仪本体顶面的宽度方向布设。
8.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：控制器型号为JetsonAGXOrin。
9.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：称重仪本体的一个短侧壁面设置有手柄，手柄上套设有防滑套。
10.根据权利要求1所述的基于多光谱视觉的手持式车辆称重装置，其特征在于：称重仪本体背离轮胎的长侧壁面上设置有扬声器接口、充电接口、USB接口、SD卡口和Type-c接口。
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