DE112015005076T5

DE112015005076T5 - Nicht-parametrisches Verfahren und System zum Abschätzen von Dimensionen von Objekten mit beliebiger Form

Info

Publication number: DE112015005076T5
Application number: DE112015005076.0T
Authority: DE
Inventors: Cuneyt M. Taskiran; Jay J. Williams; Ankur R. Patel; Kevin J. O'Connell
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-07-20
Also published as: GB2546677A; MX2017005822A; US20160133026A1; WO2016073108A1; GB201706586D0; US9600892B2; CA2967025C; MX367951B; GB2546677B; CA2967025A1

Abstract

Ein nicht-parametrisiertes Verfahren und ein System zum Dimensionieren eines Objekts mit einer beliebigen Form nimmt eine dreidimensionale (3D) Punktwolke von Datenpunkten über einem Sichtfeld, das das Objekt und eine Basisoberfläche, auf dem das Objekt positioniert ist, auf, erfasst eine Basisebene, die die Basisoberfläche anzeigt, aus der Punktwolke, extrahiert die Datenpunkte des Objekts aus der Punktwolke, verarbeitet die extrahierten Datenpunkte des Objekts, um eine konvexe Hülle zu erhalten, und passt eine Begrenzungsbox mit einem minimalen Volumen an, um die konvexe Hülle einzuschließen. Die Begrenzungsbox weist ein Paar von zueinander orthogonalen planaren Stirnflächen auf, und die Anpassung wird ausgeführt, indem eine der Stirnfläche orientiert wird, um allgemein senkrecht zu der Basisebene zu sein, und indem gleichzeitig die andere der Stirnfläche orientiert wird, um allgemein parallel zu der Basisebene zu sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Aufnehmen von Dimensionsdaten, die Dimensionen eines Objekts anzeigen, und insbesondere ein nicht-parametrisches Verfahren und ein System zum Abschätzen der Dimensionen oder des Volumens eines Objekts mit einer beliebigen oder unbestimmten Form, ohne irgendeine vorherige Kenntnis oder ein parametrisches Modell der Form des Objekts zu haben.
Das Bestimmen der Dimensionen oder des Volumens eines Objekts, beispielsweise eines Versandpakets, eines Postpakets oder einer Palette, die mit einer Vielzahl von Objekten als Fracht oder Lagerung beladen ist, ist insbesondere für die Transport- und Versandindustrie wünschenswert, wo die Kosten zum Transportieren und Zustellen der Objekte wenigstens teilweise von deren Dimensionen abhängen. Dreidimensionale (3D) Kameras sind sowohl in handgehaltenen als auch festen Einrichtungen verwendet worden, um Dimensionsdaten aufzunehmen, die die Dimensionen eines Objekts anzeigen. Derartige Einrichtungen arbeiten mithilfe von Formannahmen und durch Verwendung von parametrischen Modellen, d. h. die Einrichtungen haben vorher Kenntnis darüber, dass das Objekt eine bestimmte Form aufweist, zum Beispiel einen Quader, einen Zylinder, eine Kugel, einen Torus, eine Ebene usw., weil derartige parametrische Modelle in einem zugänglichen Speicher gespeichert sind. Obwohl die bekannten Einrichtungen allgemein für deren beabsichtigten Zweck zufriedenstellend sind, insbesondere wenn quaderförmigen Kartons oder boxenförmige Objekte dimensioniert werden, sind diese Einrichtungen für die Dimensionierung eines Objekts mit einer beliebigen oder unbestimmten Form, zum Beispiel einer Palette mit mehreren darauf zufällig gestapelten Objekten, nicht effektiv, weil zur Bezugnahme kein gespeichertes Modell verfügbar ist.
Demzufolge besteht eine Notwendigkeit die Dimensionen oder das Volumen eines Objekts mit einer beliebigen oder unbestimmten Form in einer genauen, schnellen, effizienten und nicht-parametrisierten Weise abzuschätzen, ohne irgendeine vorherige Kenntnis oder ein parametrisches Modell der Form des Objekts zur Verfügung zu haben und ohne irgendwelche Formannahmen zu treffen.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente überall in den getrennten Ansichten bezeichnen, sind zusammen mit der ausführlichen nachstehend angegebenen Beschreibung in die Spezifikation eingebaut und bilden einen Teil davon, und dienen zur weiteren Illustration von Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung umfassen, und erläutern verschiedene Prinzipien und Vorteile von diesen Ausführungsformen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines nicht-parametrisierten Systems zum Abschätzen der Dimensionen eines Objekts mit einer beliebigen oder unbestimmten Form in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung;
2 ein Blockdiagramm des Gesamtsystems der 1;
3 ein Flussdiagramm eines nicht-parametrischen Verfahrens zum Abschätzen der Abmessungen eines Objekts mit einer beliebigen oder unbestimmten Form in Übereinstimmung der vorliegenden Offenbarung;
4A eine perspektivische Ansicht einer Szene, die ein zylindrisches Hauptobjekt und sekundäre Objekte auf einem Hintergrund enthält;
4B eine perspektivische Ansicht einer 3D Punktwolke der Szene der 4;
4C eine perspektivische Ansicht einer Begrenzungsbox mit minimalem Volumen, die eine konvexe Hülle eines Datenclusters entsprechend zu dem zylindrischen Hauptobjekt umgibt;
5A eine analoge Darstellung zu 4A, aber von einem Stapel von Kartons;
5B eine analoge Darstellung zu 4B, aber von einem Stapel von Kartons;
5C eine analoge Darstellung zu 4C, aber mit einem Stapel von Kartons;
6 eine diagrammartige Ansicht, die zeigt, wie die Begrenzungsbox relativ zu dem Hintergrund oder der Basisfläche orientiert werden soll; und
7 eine analoge Darstellung zu 5C, wobei aber eine geneigte Begrenzungsbox gezeigt ist, die nicht in der durch 6 angegebenen Weise orientiert ist
Durchschnittsfachleute werden erkennen, dass Elemente in den Figuren zur Vereinfachung und Klarheit dargestellt sind und nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind. Zum Beispiel können die Abmessungen und Orte von einigen der Elemente in den Figuren im Verhältnis zu anderen Elementen übertrieben dargestellt sein, um zu einem verbesserten Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beizutragen.
Die Verfahrens- und Systemkomponenten sind, soweit geeignet, mit herkömmlichen Symbolen in den Zeichnungen dargestellt worden, wobei nur diejenigen spezifischen Einzelheiten gezeigt sind, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wichtig sind, um so die Offenbarung nicht mit Einzelheiten zu überladen, die von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet, die den Nutzen aus der hier angegebenen Beschreibung ziehen, bereits bekannt sein werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein nicht-parametrisiertes Verfahren zum Dimensionieren eines Objekts mit einer beliebigen oder unbestimmten Form. Das Verfahren wird ausgeführt durch Aufnehmen einer dreidimensionalen (3D) Punktwolke von Datenpunkten über einem Sichtfeld, das das Objekt umfasst, und einer Basisoberfläche, auf der das Objekt positioniert ist, Erfassen einer Basisebene, die die Basisoberfläche von der Punktwolke anzeigt, Extrahieren der Datenpunkte des Objekts aus der Punktwolke, Verarbeiten der extrahierten Datenpunkte des Objekts, um eine konvexe Hülle zu erhalten, und Anpassen einer Begrenzungsbox mit einem minimalen Volumen, um die konvexe Hülle einzuschließen. Die Begrenzungsbox weist ein Paar von zueinander senkrechten planaren Stirnflächen auf, und das Einfassen bzw. das Anpassen wird ausgeführt durch Orientieren von einer der Stirnflächen, so dass sie im allgemeinen senkrecht zu der Basisebene ist, und durch gleichzeitiges Orientieren der anderen der Stirnflächen, um allgemein parallel zu der Basisebene zu sein. Durch eine derartige Orientierung der Begrenzungsbox stimmt das Volumen der Begrenzungsbox genauer mit den Abmessungen oder dem Volumen des Objekts überein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erfassen der Basisebene dadurch ausgeführt, dass die Ebene mit der größten Fläche in dem Sichtfeld bestimmt wird, zum Beispiel durch Ausführen eines Zufallsabtastkonsensus-(Random Sampling Consensus; RANSAC)Algorithmus. Das Extrahieren von den Datenpunkten des Objekts wird vorzugsweise durch Entfernen der Datenpunkte der besten Ebene aus der Punktwolke ausgeführt. Wenn mehrere Objekte in dem Sichtfeld vorhanden sind, dann werden die Datenpunkte in einem Cluster gebündelt, zum Beispiel durch eine Euklid'sche Clusterbündelung, um die mehreren Objekte in dem Sichtfeld zu orten bzw. zu lokalisieren, und das Extrahieren wird vorzugsweise entweder manuell oder automatisch durch Auswählen von einem der Objekte, welches auch als das Objekt oder das Ziel von Interesse bezeichnet wird, welches dimensioniert werden soll, ausgeführt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt dieser Offenbarung umfasst ein nicht-parametrisches System zum Dimensionieren eines Objekts mit einer beliebigen Form: eine Kamera zum Aufnehmen einer dreidimensionalen (3D) Punktwolke von Datenpunkten über einem Sichtfeld, das das Objekt enthält, und einer Basisfläche, auf der das Objekt positioniert ist, und einen Controller zum Erfassen einer Basisebene, die die Basisoberfläche anzeigt, aus der Punktwolke, zum Extrahieren der Datenpunkte des Objekts aus der Punktwolke, zum Verarbeiten der extrahierten Datenpunkte des Objekts, um eine konvexe Hülle zu erhalten, und zum Anpassen einer Begrenzungsbox mit einem minimalen Volumen, um die konvexe Hülle einzuschließen. Die Begrenzungsbox weist ein Paar von zueinander orthogonalen planaren Stirnflächen auf, und der Controller ist betreibbar zum Orientieren von einer der Stirnflächen, so dass sie allgemein senkrecht zu der Basisebene ist, und zum gleichzeitigen Orientieren der anderen der Stirnflächen, um allgemein parallel zu der Basisebene zu sein.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen zeigt 1 eine Einrichtung 10 zum Halten einer dreidimensionalen (3D) Kamera oder eines Sensors 12 (siehe 2), die/der entweder über eine verdrahtete Verbindung oder eine drahtlose Strecke mit einem Computer 14, der eine Anzeige 16 aufweist, betriebsmäßig verbunden ist. Ein Controller 18 (siehe 2) ist entweder in der Einrichtung 10 oder dem Computer 14 angeordnet. Die Kamera 12 und der Controller 18 arbeiten zusammen, wie nachstehend beschrieben, zum Dimensionieren von Objekten mit beliebigen oder unbestimmten Formen, wie beispielsweise einem quaderförmigen Versandkarton 20, einer zylindrischen Poströhre, einem Torus-förmigen Reifen 24 und einer Palette 26, die mit einer Vielzahl von zufällig aufgestapelten Objekten als Fracht oder Ladung beladen ist.
Obwohl die Einrichtung 10 als eine in der Hand gehaltene tragbare Einrichtung mit einem Griff, der von einem Benutzer ergriffen werden kann, dargestellt worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die Einrichtung auch eine feste Arbeitsstation (Workstation) sein könnte, die stationär ist und im Verhältnis zu den Objekten, die dimensioniert werden sollen, nicht-bewegbar angebracht ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einrichtung über den Objekten, die darunter durchgehen, über Kopf angebracht. Obwohl der Computer 14 als ein Desktop-Computer dargestellt worden ist, sei darauf hingewiesen, dass der Computer auch ein Laptop-Computer, ein Smartphone oder ein Tablet sein könnte. Obwohl die Einrichtung 10 und der Computer 14 als getrennte Einheiten dargestellt worden sind, können sie auch in eine einzelne Einheit integriert werden. Obwohl die Objekte als ein quaderfarbiger Karton 20, eine zylindrische Röhre 22, ein torusförmiger Reifen 24 und eine Palette 26, die mit einer Vielzahl von zufällig aufgestapelten Objekten beladen ist, dargestellt worden sind, sei darauf hingewiesen, dass dies lediglich beispielhafte Formen sind und dass zahlreiche andere Objekte, die zahlreiche andere unbestimmten Formen aufweisen, dargestellt werden hätten können.
Wie in 2 für repräsentative Palette 26 gezeigt, ist die 3D Kamera oder der Sensor 12 betreibbar zum Aufnehmen einer dreidimensionalen (3D) Punktwolke von Datenpunkten über ihrem Sichtfeld. Irgendein 3D Sensor, einschließlich eines Infrarot(IR)-Sensors, könnte verwendet werden. Jeder Datenpunkt weist eine Längenkoordinate (x), eine Breitenkoordinate (y) und eine Tiefenkoordinate (z) auf. Der Controller 18 kann irgendein Allzweck-Mikroprozessor, ein Controller oder ein Mikrocontroller, der in geeigneter Weise mit einem Speicher konfiguriert ist und der in der Lage ist ein oder mehrere der Software Anwendungen oder Algorithmen auszuführen, wie mit dem Flussdiagramm in 3 angezeigt, sein, um dadurch die gewünschte Funktionalität bereitzustellen, d. h. die abgeschätzte Dimensionen oder das Volumen von wenigstens einem Objekt in dem Sichtfeld auszugeben.
Bezugnehmend nun auf das Flussdiagramm in 3 beginnt das Verfahren im Schritt 100, indem die Kamera 12 veranlasst wird eine dreidimensionale (3D) Punktwolke von Datenpunkten über einem Sichtfeld einer Szene, die wenigstens ein Objekt enthält, und einer Basisoberfläche, auf der das Objekt positioniert ist, aufzunehmen. Zur einfacheren Verdeutlichung zeigt 4 eine beispielhafte Szene, die ein Benutzer sehen könnte. Somit zeigt 4A ein Hauptobjekt oder ein Objekt von Interesse (in diesem Beispiel die zylindrische Röhre 22), die einen Schatten 32 wirft, ein oder mehrere sekundäre Objekte 28 oder eine Hintergrund- oder Basisoberfläche 34 (in diesem Fall den Boden). 4B zeigte die 3D Punktwolke der Szene der 4A.
Im Schritt 102 wird eine Basisebene, die die Basisoberfläche 34 anzeigt, aus den Datenpunkten erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erfassen der Basisebene dadurch ausgeführt, dass aus den Datenpunkten die Ebene mit der größten Fläche in dem Sichtfeld bestimmt wird, zum Beispiel durch Ausführen eines Zufallsabtastkonsensus-(Random Sampling Consensus; RANSAC) Algorithmus. Einzelheiten einer Ebenen-Erfassung durch Verwendung des RANSAC Algorithmus lassen sich aus „Plane Detection in Point Cloud Data” von Yang et al., Technical Report No. 1, Department of Photogrammetry, University of Bonn, 25. Januar 2010 entnehmen, wobei der gesamte Inhalt davon hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung ist. Sobald die Basisebene erfasst worden ist können deren Datenpunkte aus der 3D Punktwolke entfernt werden. Dies lässt nur die Datenpunkte entsprechend zu dem Hauptobjekt 22 und den sekundären Objekten 28 für eine weitere Verarbeitung zurück.
Im Schritt 104 werden die übrigen Datenpunkte in einem Cluster zusammengefasst bzw. gebündelt, zum Beispiel durch eine Euklid'sche Clusterbündelung. Eine Clusterbündelung ist eine altbekannte Technik, bei der eine Vielzahl von Datenpunkten in Gruppen organisiert werden, die irgendeine Ähnlichkeit aufweisen, zum Beispiel einen Abstand oder eine Nähe zueinander. Dadurch, dass die Datenpunkte in Clustern gebündelt worden sind, ist jedes der mehreren Objekte 22, 28 in dem Sichtfeld nun lokalisiert worden. Im Schritt 106 werden die Datenpunkte des Objekts von Interesse, d. h. des Hauptobjekts 22 extrahiert und sämtliche Datenpunkte der sekundären Objekte 28 werden gelöscht. Eine Extraktion des Hauptobjekts 22 kann manuell oder automatisch ausgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Benutzer einen Cursor über das Datencluster, das auf dem Bildschirm 16 angezeigt wird, bewegen und einen manuellen Vorgang ausführen, zum Beispiel einen Mausklick, um das Hauptobjekt 22 auszuwählen. Oder der Controller 18 kann lediglich das Datencluster wählen, welches sich in dem Sichtfeld zentral befindet.
Die extrahierten und in Clustern gebündelte bzw. zusammengefasste Datenpunkte, die zu dem Hauptobjekt 22 gehören, sind in 4C dargestellt und werden verarbeitet, um im Schritt 108 eine konvexe Hülle 36 zu erhalten. Die konvexe Hülle 36 stellen nur diejenigen externen Datenpunkte, die auf der äußeren Grenze oder Einhüllenden der Datenpunkte, die zu dem Hauptobjekt 22 gehören, angeordnet sind. Die Ermittlung der konvexen Hülle ist eine alte etablierte Technik zum Abschätzen der Grenze bzw. des Übergangs von mehreren Datenpunkten. Siehe zum Beispiel http://en.wikipedia.org/wiki(Convex_hull. In diesem Fall wird die konvexe Hülle 36 des Hauptobjekts 22 bestimmt und die verbleibenden inneren Datenpunkte der Datenpunkte, die zu dem Hauptobjekt 22 innerhalb der konvexen Hülle 36 gehören, werden beseitigt.
110 wird eine Begrenzungsbox 38 (siehe 4C) angepasst, um die konvexe Hülle 36 mit einem minimalen Volumen einzuschließen. Eine Anpassung einer Abgrenzungs- bzw. Begrenzungsbox 38 mit einem minimalen Volumen um Datenpunkte herum ist eine alte etablierte Technik. Siehe zum Beispiel http://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_bounding_box. In diesem Fall weist die Begrenzungsbox 38 eine rechteckförmige Rechteckform oder Quaderform mit drei Paaren von zueinander orthogonalen planaren Stirnflächen auf und wird um die konvexe Hülle 36 herum angepasst. Wie aus 4C ersichtlich stimmt das Volumen der Begrenzungsbox 38 eng mit den Dimensionen oder dem Volumen der extrahierten gepflasterten Datenpunkte des Hauptobjekts 22 überein, wodurch das Hauptobjekt 22 genau dimensioniert wird. Wie in 6 gezeigt ist die Begrenzungsbox 38, wie durch die vorliegende Offenbarung vorgeschlagen, mit bestimmten Stirnflächen-bezogenen Einschränkungen orientiert. Insbesondere ist wenigstens eine der Stirnflächen der Begrenzungsbox 38, zum Beispiel die obere Stirnfläche 44, orientiert, um allgemein parallel zur Basisebene 34 zu sein, und gleichzeitig ist eine der anderen Stirnflächen der Begrenzungsbox 38, zum Beispiel die Seitenfläche 46, die orthogonal zu der oberen Stirnfläche 44 ist, orientiert, um allgemein senkrecht zu der Basisebene 34 zu sein. Die Pfeile, die in 6 dargestellt sind, identifizieren die Normalen zu den Stirnflächen 44, 46.
5A, 5B und 5C sind analog zu 4A, 4B und 4C, zeigen aber einen anderen Typ eines beliebig geformten Objekts, das heißt einen zufälligen Stapel von Kartons. Wie zuvor wird eine Begrenzungsbox 40 (siehe 5C) eingepasst, um eine konvexe Hülle 42 mit einem minimalen Volumen einzuschließen, wodurch der Stapel von Kartons genau dimensioniert wird. Wie in 5C gezeigt ist die Begrenzungsbox 40 derart orientiert, dass eine ihrer Stirnflächen allgemein senkrecht zu der Basisebene ist, und gleichzeitig eine orthogonale Stirnfläche allgemein parallel zu der Basisebene ist.
7 muss im Vergleich mit 5C gesehen werden. Beide zeigen Begrenzungsboxen, die eingepasst sind, um eine konvexe Hülle 42 mit einem minimalen Volumen einzuschließen. Jedoch weist die Begrenzungsbox der 7 die Stirnflächen-bezogenen Beschränkungen, die voranstehend in Verbindung mit 6 beschrieben wurden, nicht auf und ist im Verhältnis zu der Basisebene geneigt. Infolgedessen stellt die Begrenzungsbox der 7 nicht eine so genaue Abschätzung der Dimensionen oder des Volumens des Kartonstapels im Vergleich mit der Begrenzungsbox 40 der 5C bereit.
In der voranstehenden Beschreibung sind spezifische Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch werden Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, so wie sie in den nachstehend angegebenen Ansprüchen aufgeführt ist. Demzufolge sollen die Beschreibung und die Figuren in einer illustrativen und nicht in einem beschränkenden Sinn angesehen werden, und sämtliche derartigen Modifikationen sollen in den Umfang der vorliegenden Lehren enthalten sein.
Die Nutzen, Vorteile, Lösungen von Problemen und irgendein Element (irgendwelche Elemente), das (die) bewirken kann (können), dass irgendein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung auftritt oder besser hervortritt, werden nicht als kritische, erforderliche oder wesentlichen Merkmale oder Elemente von irgendwelchen oder allen Ansprüchen angesehen. Die Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche einschließlich von irgendwelchen Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung durchgeführt werden, und sämtlicher äquivalente Ausführungsformen von den Ansprüchen, wie erteilt, definiert.
Ferner werden in diesem Dokument Begriffe, die sich aufeinander beziehen, wie beispielsweise erster/erste und zweiter/zweite, oben und unten und dergleichen ausschließlich verwendet, um eine Einheit oder eine Aktion von einer anderen Einheit oder einer anderen Aktion zu unterscheiden, ohne dass dies notwendigerweise irgendeine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen erfordert oder impliziert. Die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „weist auf”, „aufweisend”, „enthält”, „enthaltend”, „schließt ein”, „einschließend” oder irgend eine andere Variation davon sollen einen nicht-exklusiven Einbau bedeuten, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, aufweist, einschließt oder enthält, nicht nur diese Elemente enthält, sondern andere Elemente einschließen kann, die nicht explizit aufgelistet sind oder für einen derartigen Prozess, ein derartiges Verfahren, einen derartigen Artikel oder eine derartige Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ... einen/eine/einer”, „weist auf ... einen”, „schließt ein einen/einer”, „enthält ... einen/eine” vorangeht, schließt ohne weitere Randbedingungen die Existenz von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, dem Verfahren, dem Artikel oder der Vorrichtung, die das Element umfasst, aufweist, einschließt oder enthält, nicht aus. Die Begriffe „ein” und „einer” werden als ein oder mehrere definiert, außer wenn dies explizit hier anders angegeben ist. Die Begriffe „substantiell”, „essenziell”, „ungefähr”, „nahezu” oder irgendeine andere Version davon sind so definiert, dass sie von einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet als nahe zu verstanden werden, und in einer nicht beschränkten Ausführungsform wird der Begriff definiert, um innerhalb von 10% zu sein, in einer anderen Ausführungsform von innerhalb von 5%, in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 1% und in einer anderen Ausführungsform innerhalb von 0,5%. Der Begriff „gekoppelt”, so wie er hier verwendet wird, wird als verbunden definiert, obwohl dies nicht bedeutet, dass dies notwendigerweise direkt und notwendigerweise mechanisch ist. Eine Einrichtung oder eine Struktur, die in einer bestimmten Weise „konfiguriert” ist, ist in wenigstens dieser Weise konfiguriert, kann aber auch in Vorgehensweisen konfiguriert sein, die nicht aufgelistet sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass einige Ausführungsformen ein oder mehrere generische oder spezialisierte Prozessoren (oder „Verarbeitungseinrichtungen”) umfassen können, wie beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, speziell zugeschnittene Prozessoren und Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) und ferner einzigartige gespeicherte Programmbefehle (einschließlich sowohl Software und Firmware), die die ein oder mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten Nicht-Prozessorschaltungen einige, die meisten oder alle Funktionen des Verfahrens und/oder der Vorrichtung, die hier beschrieben werden, zu implementieren. Alternativ können einige oder sämtliche Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert werden, die keine gespeicherten Programmbefehle aufweist, oder in ein oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), bei denen jede Funktion oder irgendwelche Kombinationen von bestimmten Funktionen als eine speziell zugeschnittene Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der zwei Ansätze verwendet werden.
Ferner kann eine Ausführungsform als ein Speichermedium, welches von einem Computer lesbar ist, und welches einen computerlesbaren Code aufweist, der darauf gespeichert ist zur Programmierung eines Computers (zum Beispiel umfassend einen Prozessor), um ein Verfahren wie beschrieben und hier beansprucht auszuführen, implementiert werden. Beispiele von derartigen von einem Computer lesbaren Speichermedien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine optische Speichereinrichtung, eine magnetische Speichereinrichtung, ein ROM (Nur-Lese-Speicher), ein PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein EROM (ein löschbarer programmierbare Nur-Lese-Speicher), ein EPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und ein Flash-Speicher. Ferner wird erwartet, dass Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet trotz möglicherweise signifikanter Anstrengungen und zahlreicher Designwahlmöglichkeiten, die beispielsweise durch die verfügbare Zeit, die gegenwärtige Technologie und wirtschaftlichen Erwägungen geleitet werden, dann, wenn sie von den Konzepten und Prinzipien geführt werden, die hier offenbart sind, leicht in der Lage sein werden derartige Softwarebefehle und Programme und ICs mit einem minimalen experimentellen Aufwand zu erzeugen.
Die Zusammenfassung der Offenbarung ist vorgesehen, um den Leser in die Lage zu versetzen schnell die Art der technischen Offenbarung festzustellen. Sie wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht verwendet werden wird, um den Schutzumfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder zu beschränken. Zusätzlich lässt sich in der voranstehenden ausführlichen Beschreibung ersehen, dass verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen für den Zweck einer Übersichtlichkeit der Offenbarung zusammen gruppiert sind. Dieses Verfahren der Offenbarung soll nicht als die Absicht reflektierend interpretiert werden, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als explizit in jedem Anspruch angegeben ist. Im Gegenteil, wie die folgenden Ansprüche darlegen, liegt der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als sämtlichen Merkmalen einer einzelnen offenbarten Ausführungsform. Somit sind die folgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung eingebaut, wobei jeder Anspruch für sich selbst als ein getrennt beanspruchter Gegenstand steht.

Claims

Nicht-parametrisches Verfahren zum Dimensionieren eines Objekts mit beliebiger Form, umfassend: Aufnehmen einer dreidimensionalen (3D) Punktwolke von Datenpunkten über einem Sichtfeld, das das Objekt enthält, und einer Basisoberfläche, auf dem das Objekt positioniert ist; Erfassen einer Basisebene, die die Basisoberfläche anzeigt, aus der Punktwolke; Extrahieren der Datenpunkte des Objekts aus der Punktwolke; Verarbeiten der extrahierten Datenpunkte des Objekts, um eine konvexe Hülle zu erhalten; und Anpassen einer Begrenzungsbox mit einem minimalen Volumen, um die konvexe Hülle einzuschließen, wobei die Begrenzungsbox ein Paar von zueinander orthogonalen planaren Stirnfläche aufweist, wobei das Anpassen ausgeführt wird, indem eine der Stirnflächen orientiert wird, um allgemein senkrecht zu der Basisebene zu sein, und indem die andere der Stirnfläche gleichzeitig orientiert wird, um allgemein parallel zu der Basisebene zu sein.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Datenpunkt Daten umfasst, die eine Länge, Breite und Tiefe des Objekts und der Basisoberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen der Basisebene ausgeführt wird durch Bestimmen einer Ebene, die die größte Fläche in dem Sichtfeld aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen der Basisebene ausgeführt wird durch Ausführen eines Random-Sampling-Consensus(RANSAC)-Algorithmus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Extrahieren der Datenpunkte des Objekts durch Entfernen der Datenpunkte der Basisebene ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt einer Bündelung von Datenpunkten, die mehrere Objekte in dem Sichtfeld anzeigen, in Clustern, und wobei das Extrahieren durch Auswählen von einem der Objekte, welches dimensioniert werden soll, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Clusterbündelung der Datenpunkte durch ein eine Euklid'sche Clusterbündelung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Begrenzungsbox ein Quader ist, der drei Paare von zueinander orthogonalen planaren Stirnflächen aufweist.
Nicht-parametrisches System zum Dimensionieren eines Objekts mit beliebiger Form, umfassend: eine Kamera zum Aufnehmen einer dreidimensionalen (3D) Punktwolke von Datenpunkten über einem Sichtfeld, das das Objekt und eine Basisoberfläche, auf dem das Objekt positioniert ist, enthält; und einen Controller zum Erfassen einer Basisebene, die die Basisoberfläche anzeigt, aus der Punktwolke, zum Extrahieren der Datenpunkte des Objekts aus der Punktwolke, zum Verarbeiten der extrahierten Datenpunkte des Objekts, um eine konvexe Hülle zu erhalten, und zum Anpassen einer Begrenzungsbox mit einem minimalen Volumen, um die konvexe Hülle einzuschließen, wobei die Begrenzungsbox ein Paar von zueinander orthogonalen planaren Stirnflächen aufweist, wobei der Controller betreibbar ist zum Orientieren von einer der Stirnflächen, um allgemein senkrecht zu der Basisebene zu sein, und zum gleichzeitigen Orientieren der anderen der Stirnfläche, um allgemein parallel zu der Basisebene zu sein.
System nach Anspruch 9, wobei die Kamera jeden Datenpunkt aufnimmt, um Daten zu enthalten, die eine Länge, Breite und Tiefe des Objekts und der Basisoberfläche anzeigen.
System nach Anspruch 9, wobei der Controller betreibbar ist zum Bestimmen der Basisebene als die Ebene, die die größte Fläche in dem Sichtfeld aufweist.
System nach Anspruch 9, wobei der Controller betreibbar ist zum Bestimmen der Basisebene durch Ausführen eines Random-Sampling-Consensus(RANSAC)-Algorithmus.
System nach Anspruch 9, wobei der Controller betreibbar ist zum Extrahieren der Datenpunkte des Objekts durch Entfernen der Datenpunkte der Basisebene.
System nach Anspruch 9, wobei der Controller betreibbar ist zur Clusterbündelung von Datenpunkten, die mehrere Objekte in dem Sichtfeld anzeigen, und zum Ansprechen auf eine Eingabe, mit der wenigstens eines der Objekte, welches dimensioniert werden soll, gewählt wird.
System nach Anspruch 14, wobei der Controller betreibbar ist zur Clusterbündelung der Datenpunkte durch eine Euklid'sche Clusterbündelung.
System nach Anspruch 9, wobei die Begrenzungsbox ein Quader ist, der drei Paare von zueinander orthogonalen planaren Stirnflächen aufweist.