專利名稱：一種基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理、三維數(shù)據(jù)點處理、計算機(jī)軟件等技術(shù)，具體為一種基 于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法。
背景技術(shù)：
鐵路罐車既是一種計量器具，也是一種運(yùn)輸工具，作為計量器具，其罐體容 積的準(zhǔn)確程度影響到貿(mào)易結(jié)算的順利進(jìn)行，因此國家質(zhì)檢總局將其列入了我國強(qiáng)
檢目錄，依法實施周期性強(qiáng)制檢定；作為一種運(yùn)輸工具，它的裝載程度(裝載質(zhì) 量和裝載液面高度)直接關(guān)系到鐵路的運(yùn)輸安全，所以鐵道部也將其作為一種安 全設(shè)備來管理，在鐵路罐車辦理準(zhǔn)運(yùn)證和每年一次的過軌運(yùn)輸手續(xù)時，將鐵路罐 車容積檢定證書(該證書提供了鐵路罐車的準(zhǔn)裝高度范圍值)作為必查的技術(shù)資料 之一。目前，鐵路罐車是通過計量標(biāo)準(zhǔn)"鐵路罐車容積檢定裝置"來實施檢定的， 該計量標(biāo)準(zhǔn)由計量標(biāo)準(zhǔn)器套管尺、鋼卷尺、超聲波測厚儀組成。計量標(biāo)準(zhǔn)器的使 用過程受人為的因素影響較大，測量結(jié)果不穩(wěn)定，技術(shù)水平較低，科技含量不高， 測量精度不高，雖然能滿足我國目前鐵路罐車容積檢定不確定度為4%。的要求， 但國際規(guī)定其為2%。，因此，需研究新的鐵路罐車容積檢定方法，以提高鐵路罐 車容積的準(zhǔn)確度和國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種測量過程不受人為 影響，測量結(jié)果穩(wěn)定，測量精度高的鐵路罐車容積測量方法。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是
一種基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法包括以下步驟在罐車表面布 置多個具有相同圖案的標(biāo)記點和具有不同圖案的編碼點，在罐車旁布置具有兩個 不同圖案的編碼點的標(biāo)尺；用數(shù)碼相機(jī)多角度拍攝罐車照片，每相鄰兩幅之間有 重疊編碼點區(qū)域；將上述各幅照片輸入到計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，根據(jù)基于圖像序
列的計算機(jī)立體視覺三維重構(gòu)方法分別建立圖像上所有編碼點及標(biāo)記點的三維點
坐標(biāo)，獲得罐車表面的三維點數(shù)據(jù)；根據(jù)三維點數(shù)據(jù)重構(gòu)出罐車外表面的三維形 狀；根據(jù)罐車外表面的三維形狀及測得的罐車壁厚計算罐車容積。
所述編碼點為由對比色差明顯的圖案構(gòu)成，每個圖案中心為圓點，圓點周圍 為一不連續(xù)的同心環(huán)形；標(biāo)記點為由對比色差明顯的圖案構(gòu)成，圖案中心為圓點；
標(biāo)記點在罐車罐體兩側(cè)成多條縱向條形布置，每條至少包圍罐體一側(cè)半周長的一 半，在罐車封頭成多條任意方向條形布置；編碼點分布于罐車罐體表面兩側(cè)及封 頭，其在罐車封頭的布置密度大于其在罐車罐體的布置密度。 數(shù)碼相機(jī)分辨率大于1千萬像素，拍攝前標(biāo)定內(nèi)參數(shù)。所述圖像處理包括以下步驟
根據(jù)輸入圖像的各個不同編碼點的圖案確定各編碼點的ID號； 根據(jù)ID號確定各個編碼點在不同圖像中的位置。 根據(jù)三維點數(shù)據(jù)重構(gòu)出罐車外表面的三維形狀包括 計算罐車三維點數(shù)據(jù)的主軸；
用以主軸為法向的平面，在罐體和封頭部分釆用不同的分層厚度，將散亂的 三維點數(shù)據(jù)進(jìn)行分層投影，得到分布在分層平面內(nèi)的平面點集； 對三維點數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，得到有序的罐車表面三維點數(shù)據(jù)； 由有序的三維點數(shù)據(jù)利用b樣條曲面重構(gòu)出罐車形狀。 所述計算罐車三維點數(shù)據(jù)的主軸包括
計算三維點數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣//,，得到三維點數(shù)據(jù)的特征向量^、 、、 v3;
選取一與特征向量^、 v2、 v^均不正交的向量a,快速確定三條主軸的取向，
其判斷準(zhǔn)則如下
如果^.a〉0，則《,=^,否則^=—
如果^.ci〉0,則《3=、，否則《3=—vv,
《2 = Vl X V3 ;
選取a二p,一A,其中p,為任意三維點，^為三維點數(shù)據(jù)的形心，
1 _〃,
取三個向量中最大的向量作為三維點數(shù)據(jù)的主軸。 對分層平面內(nèi)的平面點集進(jìn)行擬合，對罐車封頭部分的分層平面點集擬合成
圓；對罐體部分的分層平面點集用擬合成橢圓，并對罐體釆用橢圓截面線性插值 增加罐體的截面數(shù)；
在上述擬合圓和橢圓上釆點。
由有序的三維點數(shù)據(jù)利用B樣條曲面重構(gòu)出罐車形狀包括 對有序的三維點數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化處理； 對每行三維點數(shù)據(jù)作封閉的B樣條曲線擬合得到曲線簇； 對曲線簇作曲面的蒙皮處理，得到罐車外表面三維形狀。 根據(jù)罐車外表面的三維形狀及測得的罐車壁厚計算罐車容積包括 根據(jù)測厚儀測得的罐車壁厚，將整個外表面向內(nèi)偏置壁厚的距離，得到罐車 內(nèi)表面三維形狀；
將罐車沿軸向分成多個薄片，計算各薄片的截面面積，根據(jù)各薄片的截面面 積及該薄片厚度計算各薄片的體積并求和得到罐車總?cè)莘e；
根據(jù)罐車內(nèi)容物的裝載高度，計算準(zhǔn)裝范圍高度內(nèi)任意刻度的容積。 本發(fā)明的有益效果是
1.本發(fā)明方法便于操作、使用簡單，可以克服計量標(biāo)準(zhǔn)器的使用過程受人為的因素影響較大，測量結(jié)果不穩(wěn)定的問題。
2. 本發(fā)明通過計算機(jī)視覺的方法釆用數(shù)碼相機(jī)直接釆集鐵路罐車表面的信 息，達(dá)到了三維點數(shù)據(jù)歐式重建，然后又用非均勻有理B樣條曲面重建鐵路罐車 的三維表面和形狀，通過計算機(jī)軟件可獲取不同液面高度下罐車的容積，查詢方便。
3. 本發(fā)明對鐵路罐車容積的計算精度高，體積不確定度可小于2%。。


圖1A、 1B分別為編碼點和標(biāo)記點的基本形狀示意圖。
圖2為編碼點和標(biāo)記點在罐車上的布置方法示意圖。
圖3為本發(fā)明方法流程圖4為重構(gòu)罐車外表面的擬合流程圖5為本發(fā)明方法中三維點數(shù)據(jù)的分層示意圖6為本發(fā)明方法中分層后三維點數(shù)據(jù)分布示意圖7為本發(fā)明方法中罐體分層平面后三維點數(shù)據(jù)分布示意圖8為本發(fā)明方法中重釆樣后的三維點數(shù)據(jù)分布示意圖9為應(yīng)用本發(fā)明方法重構(gòu)出的罐車三維形狀示意圖10A、 IOB分別為本發(fā)明方法中罐車容積計算方法圖示(一)、(二)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖3所示，本發(fā)明所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積檢測方法的步驟如
下
在罐車表面布置多個具有相同圖案的標(biāo)記點1和具有不同圖案的編碼點2， 在罐車旁布置具有兩個不同圖案的編碼點的標(biāo)尺3;用數(shù)碼相機(jī)多角度拍攝罐車 照片，每相鄰兩幅之間有重疊編碼點區(qū)域；將上述各幅照片輸入到計算機(jī)進(jìn)行圖 像處理，根據(jù)基于圖像序列的計算機(jī)立體視覺三維重構(gòu)方法分別建立圖像上所有 編碼點2及標(biāo)記點1的三維點坐標(biāo)，獲得罐車表面的三維點數(shù)據(jù)；根據(jù)三維點數(shù) 據(jù)重抅出罐車外表面的三維形狀；根據(jù)罐車外表面的三維形狀及測得的罐車壁厚 計算罐車容積。
本發(fā)明在測量鐵路罐車時，只需用一臺普通手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)， 一根兩端貼有特 殊編碼點的標(biāo)尺， 一套編碼點和標(biāo)記點和一臺普通個人計算機(jī)。 在實施以上檢測步驟之前，需進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作
1) 數(shù)碼相機(jī)的選用。數(shù)碼相機(jī)的分辨率需要在1千萬像素以上，相機(jī)需要嚴(yán) 格標(biāo)定內(nèi)參數(shù)，主要包括主點和焦距；
2) 編碼點2、標(biāo)記點1及標(biāo)尺3的制作。如圖1A、 1B所示，每個編碼點2 由于具有與其他編碼點不同的圖案使之有唯一的ID號與之對應(yīng)，本實施例中， 編碼點外形尺寸為70x70mm，黑色無反光底色，白色環(huán)形圖案，編碼點可以用普 通打印機(jī)打印出來，然后貼在塑料磁片上，以便于吸附在罐車上；標(biāo)記點l的尺 寸為18xl8mm，黑底色，中間的白色為直徑10mm的圓型；頭部分可釆用1米長小條形橫向布置，每個封頭5-6條。布置時應(yīng)特別注意編碼 點和標(biāo)記點應(yīng)當(dāng)緊貼罐壁。將標(biāo)尺3放置在容易拍照的罐車旁邊。然后，用嚴(yán)格標(biāo)定過內(nèi)參數(shù)(主要包括主點和焦距)的手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)在罐車 周圍順序拍照，相鄰近的兩張照片須保證有重疊區(qū)域，重疊區(qū)域內(nèi)要保證有效果 清晰的8-10個編碼點，整個罐車需要50-60副照片，須保證有5張以上的照片 包含標(biāo)尺，每張照片要拍攝清晰，圖像的分辨率在一千萬像素以上。隨后，將這些照片輸入到計算機(jī)中，禾擁計算機(jī)中開發(fā)的軟件，進(jìn)行圖像處 理以識別這些不同的編碼點2,即根據(jù)輸入圖像的各個不同編碼點的圖案確定各 編碼點的ID號，根據(jù)ID號確定各個編碼點在不同圖像中的位置。三維點坐標(biāo)的計算在計算三維點坐標(biāo)時，本實施例釆用了三視圖方法，與兩視圖相比，三視圖 使用了景物在三幅視圖中的影像，在理論上利用了更多的圖像信息，能夠提高結(jié) 果計算精度。在兩視圖中，對極幾何是三維重建的基礎(chǔ)，關(guān)于計算基本矩陣的方 法已經(jīng)非常成熟。而三視圖中的三線性關(guān)系和三焦點張量的計算則復(fù)雜很多，但 計算精度也要高出很多。在3x4x5m的范圍內(nèi)，三維點坐標(biāo)的精度可達(dá)到0.02mm。 在三視圖方法中，禾擁每相鄰的三幅圖像中的相同的特征點(即具有重疊區(qū)域的 編碼點)得到三幅視圖的三焦點張量，從而獲得三副視圖的三線性關(guān)系，計算出 所有編碼點和標(biāo)記點圓心的歐式三維坐標(biāo)，這些點的三維坐標(biāo)就是罐車表面采樣重^罐車外表面三維形狀如圖4所示。先將根據(jù)三維點坐標(biāo)得到的三維點數(shù)據(jù)載入計算機(jī)并去噪； 三維點數(shù)據(jù)主軸的計算形心和主軸是物體本身固有的幾何特性，它們不隨坐標(biāo)系的變換而發(fā)生變化， 因而，定義三維點數(shù)據(jù)的主軸為協(xié)方差矩陣/Z,的特征向量^、 vv v3。如果以這三個特征向量建立正交坐標(biāo)系(二,G,G)，會有8種可能選擇(±^,±^，±^),這就是主軸取向多義性問題。為了方便三維點數(shù)據(jù)主軸的應(yīng)用，可采用 一種快速方便的主軸確定方法。由于旋轉(zhuǎn)平移變換并不改變矢量的點乘，因此，只要選取一與特征向量^、 v2、 v,均不正交的向量a，就可以快速的確定三條主軸的取向，其判斷準(zhǔn)則如下如果T^ . a > 0 ,則G 二 v,,否則^ = —v,。如果、.a〉0，則《3二^，否則《3=-73。了如何選取向量a 。為方便起見，可選取a = / , - Ms.。 其中A為任意三維點，,1,=丄|>,為三維點數(shù)據(jù)的形心； 一般情況下，a均不與三個特征向量正交。如若和某一特征向量正交，則只需將a在兩向量形成的平面 內(nèi)旋轉(zhuǎn) 一角度即可。三個向量(^,^,^)中最大的向量就是三維點數(shù)據(jù)的主軸。三維點數(shù)據(jù)的分層將散亂的三維點數(shù)據(jù)分層是為了在在一個截面內(nèi)獲得更多的三維點，然后用 這些位于一個分層截面內(nèi)的點擬合罐車的截面。由于罐車的封頭在沿主軸方向的 截面變化較大，所以封頭部分的分層厚度設(shè)定為100mm,而在罐車的罐體部分表 面變化比較平緩，所以罐體部分的分層厚度設(shè)定為500mm，如圖5所示；確定了 罐車主軸后，用以主軸為法向的平面進(jìn)行分，把在分層厚度范圍內(nèi)的三維點向分 層平面投影，得到分布在分層平面內(nèi)的平面點集，如圖6所示。為了使分層平面 內(nèi)的點集更加有效，對于封頭部分分層平面內(nèi)的個數(shù)需大于5個，而罐體部分分 層平面內(nèi)的點的個數(shù)需大于8個。罐車表面數(shù)據(jù)的重采樣由于獲得的三維點數(shù)據(jù)是散亂的，分布極為不均，為了能夠擬合出罐車的曲 面形狀，需要獲得有序的罐車表面三維數(shù)據(jù)點。首先要對分層平面內(nèi)的平面點集 進(jìn)行擬合，對封頭部分的分層平面的點集釆用最小二乘方法擬合成圓，比較簡單； 對罐體部分的分層平面內(nèi)的點集用橢圓擬合，這樣做是為了能準(zhǔn)確地描述罐車的實際形狀。由于罐體部分分層之后的分層平面內(nèi)的點數(shù)據(jù)不是封閉的，如圖7所 示，為了能夠提高橢圓的擬合精度，先用直接最小二乘得到擬合的初始橢圓，然 后用這個初始橢圓迭代法得到精確的橢圓。這樣得到的罐體部分橢圓的個數(shù)就是布置標(biāo)記點長條形的數(shù)目，這樣的數(shù)目 還不足夠來擬合整個罐體表面，所以用這6個橢圓在整個罐體部分插值成40個橢 圓截面，然后在罐體的每個橢圓和封頭部分?jǐn)M合的每個圓上均勻地提取40個點就 得到了整個罐車表面重釆樣的有序的三維點數(shù)據(jù)，如圖8所示。罐車三維形狀的重構(gòu)得到了有序三維點數(shù)據(jù)后，有多種方法可以構(gòu)造出曲面來。由于曲面的蒙皮 操作將曲面建模問題轉(zhuǎn)化為兩步曲線的擬合或插值問題，使問題得以簡化，所以 這里采用該方法來重構(gòu)曲面。由此可知，曲面的重構(gòu)可分為兩步首先對每行數(shù) 據(jù)點作封閉的NURBS曲線擬合，然后對曲線簇作曲面的蒙皮重構(gòu)。一條B (B-spiine)曲線被定義為式中Bj為第i個控制點，n代表控制點個數(shù)，Ni,k(v)是曲線的基函數(shù)，其定義,■+1i0 其他式中 v二K,…,/^.+,]為節(jié)點矢量，k為樣條基的次數(shù)，A為節(jié)點' 對于給定的數(shù)據(jù)點集合0二[X,，乂.,Z,:]7/ = 0,,附要給出其一條擬合B-spline曲線，必須首先確定數(shù)據(jù)點的位置參數(shù)化^'，次數(shù)k,控制點數(shù)n+l和節(jié)點矢量v。待求變量為控制點矢量。在計算數(shù)據(jù)點的位 置參數(shù)時，可釆用如下參數(shù)化公式ls-avr, = 0, v,. = v; , +.,i = 1 ，…777其中參數(shù)a可取為0、 0.5或l，分別對應(yīng)著均勻、向心和累加弦長參數(shù)化。:外，節(jié)點矢量v也應(yīng)根據(jù)位置參數(shù)化.}:;'和控制點數(shù)來加以確定。由于這里制點數(shù)不會過多，節(jié)點矢量可按均勻分布的方式給出。Qi為第i個三維點數(shù)據(jù)。當(dāng)沒有約束條件時，控制點的解矢量可由下面最小二乘誤差E的最小化方法得到川2在原理上，該:min￡(X) = Z||C(V/)-Q,/=()二乘問題等同于一個線性系統(tǒng),其解矢量用矩陣形式可.P =N'NNQ式中:PeR其中，m+l為三維點個數(shù)，n+l為控制點個數(shù)，N為B樣條基函數(shù)矩陣。Q為三維點數(shù)據(jù)向量。到所有截面輪廓的B樣條擬合曲線后，還要過這些曲線用蒙皮技術(shù)重構(gòu)出曲 面來。由于存在曲線相容性問題，因此在擬合主邊界及內(nèi)部截面輪廓線時，要采 制點數(shù)和統(tǒng)一的節(jié)點矢量。設(shè)得到的蒙皮曲面為式中，A^.,.(W)被定義的節(jié)點矢量區(qū)間為0廣.，0,^+1,."， ，1,...,1/t+1/f+l,. (v)被定義的節(jié)點矢量區(qū)間為rHo,…，o,^+,，…，w,.,1,…，1此時，還需要確定曲面的(rfl)x(n+l)個控制點Bii。既然所有的截面輪廓被定 義在統(tǒng)一的節(jié)點矢量上，可令這些曲線為y二u式中h為擬合曲線的個數(shù)，A^為B 由此，蒙皮曲"可通過再次對曲線族的:列控制點{《7].—,進(jìn)行B樣條曲線擬合得到。如圖9所示，為應(yīng)用本發(fā)明方法重抅出的罐車三維形狀示意圖； 罐車容積的計算方法罐車外表面的三維形狀重建之后，然后根據(jù)測厚儀測得的罐車的壁厚，將整 個外表面向內(nèi)偏置壁厚的距離，就得到了罐車內(nèi)表面的三維形狀。在計算整個罐車的容積時，首先將這個罐車沿軸向分成大量很小的薄片(本實施例為500個)， 然后計算這些薄片的體積之和(見附圖IOA)。計算薄片的截面面積時，將截面離 散成多邊形(200個頂點)的方法，計算每兩個頂點和中心點構(gòu)成的多個三角形 的面積之和(見附圖10B)，乘以薄片的厚度就得到了薄片的體積。計算罐車的容 積時，由于罐車并不是裝滿液體，所以該軟件可以獲得罐車在準(zhǔn)裝范圍高度內(nèi)任 意刻度的容積。利用本發(fā)明所述方法克服了現(xiàn)有鐵路罐車容積測量方法的弊端，提高了鐵路 罐車容積測量的精度和穩(wěn)定性，在鐵路罐車以及大型封閉容器的容積測量方面具有很高的實用價值。
權(quán)利要求
1.一種基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在于包括以下步驟在罐車表面布置多個具有相同圖案的標(biāo)記點(1)和具有不同圖案的編碼點(2)，在罐車旁布置具有兩個不同圖案的編碼點的標(biāo)尺(3)；用數(shù)碼相機(jī)多角度拍攝罐車照片，每相鄰兩幅之間有重疊編碼點區(qū)域；將上述各幅照片輸入到計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，根據(jù)基于圖像序列的計算機(jī)立體視覺三維重構(gòu)方法分別建立圖像上所有編碼點(2)及標(biāo)記點(1)的三維點坐標(biāo)，獲得罐車表面的三維點數(shù)據(jù)；根據(jù)三維點數(shù)據(jù)重構(gòu)出罐車外表面的三維形狀；根據(jù)罐車外表面的三維形狀及測得的罐車壁厚計算罐車容積。
2. 按照權(quán)利要求l所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于所述編碼點(2)為由對比色差明顯的圖案構(gòu)成，每個圖案中心為圓點，圓點 周圍為一不連續(xù)的同心環(huán)形；標(biāo)記點(l)為由對比色差明顯的圖案構(gòu)成，圖案中 心為圓點；標(biāo)記點在罐車罐體兩側(cè)成多條縱向條形布置，每條至少包圍罐體一側(cè) 半周長的一半，在罐車封頭成多條任意方向條形布置；編碼點(2)分布于罐車罐 體表面兩側(cè)及封頭，其在罐車封頭的布置密度大于其在罐車罐體的布置密度。
3. 按照權(quán)利要求1所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于數(shù)碼相機(jī)分辨率大于1千萬像素，拍攝前標(biāo)定內(nèi)參數(shù)。
4. 按照權(quán)利要求1所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于所述圖像處理包括以下步驟根據(jù)輸入圖像的各個不同編碼點的圖案確定各編碼點的ID號； 根據(jù)ID號確定各個編碼點在不同圖像中的位置。
5. 按照權(quán)利要求1所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于根據(jù)三維點數(shù)據(jù)重構(gòu)出罐車外表面的三維形狀包括計算罐車三維點數(shù)據(jù)的主軸；用以主軸為法向的平面，在罐體和封頭部分釆用不同的分層厚度，將散亂的三維點數(shù)據(jù)進(jìn)行分層投影，得到分布在分層平面內(nèi)的平面點集； 對三維點數(shù)據(jù)進(jìn)行重釆樣，得到有序的罐車表面三維點數(shù)據(jù)； 由有序的三維點數(shù)據(jù)利用b樣條曲面重構(gòu)出罐車形狀。
6. 按照權(quán)利要求5所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于所述計算罐車三維點數(shù)據(jù)的主軸包括計算三維點數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣/^,得到三維點數(shù)據(jù)的特征向量^、 v2、 v3; 選取一與特征向量v^ 、 v2 、 v^均不正交的向量a ，快速確定三條主軸的取向，八"如果「.a、〉0,則^=，否則d二一^;如果73.(1>0,則《3=^，否則《3二—vy，選取a二p,-A,其中p,.為任意三維點，^為三維點數(shù)據(jù)的形心，取三個向量中最大的向量作為三維點數(shù)據(jù)的主軸。
7. 按照權(quán)利要求5所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于所述對三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行重釆樣包括對分層平面內(nèi)的平面點集進(jìn)行擬合，對罐車封頭部分的分層平面點集擬合成 圓；對罐體部分的分層平面點集用擬合成橢圓，并對罐體釆用橢圓截面線性插值 增加罐體的截面數(shù)；在上述擬合圓和橢圓上釆點。
8. 按照權(quán)利要求5所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于由有序的三維點數(shù)據(jù)利用B樣條曲面重構(gòu)出罐車形狀包括對有序的三維點數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化處理； 對每行三維點數(shù)據(jù)作封閉的B樣條曲線擬合得到曲線簇；對曲線簇作曲面的蒙皮處理，得到罐車外表面三維形狀。
9. 按照權(quán)利要求1所述基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，其特征在 于根據(jù)罐車外表面的三維形狀及測得的罐車壁厚計算罐車容積包括根據(jù)測厚儀測得的罐車壁厚，將整個外表面向內(nèi)偏置壁厚的距離，得到罐車 內(nèi)表面三維形狀；將罐車沿軸向分成多個薄片，計算各薄片的截面面積，根據(jù)各薄片的截面面 積及該薄片厚度計算各薄片的體積并求和得到罐車總?cè)莘e；根據(jù)罐車內(nèi)容物的裝載高度，計算準(zhǔn)裝范圍高度內(nèi)任意刻度的容積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于計算機(jī)視覺的鐵路罐車容積測量方法，包括以下步驟在罐車表面布置多個具有相同圖案的標(biāo)記點和具有不同圖案的編碼點，在罐車旁布置具有兩個不同圖案的編碼點的標(biāo)尺；用數(shù)碼相機(jī)多角度拍攝罐車照片，每相鄰兩幅之間有重疊編碼點區(qū)域；將上述各幅照片輸入到計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，根據(jù)基于圖像序列的計算機(jī)立體視覺三維重構(gòu)方法分別建立圖像上所有編碼點及標(biāo)記點的三維點坐標(biāo)，獲得罐車表面的三維點數(shù)據(jù)；根據(jù)三維點數(shù)據(jù)重構(gòu)出罐車外表面的三維形狀；根據(jù)罐車外表面的三維形狀及測得的罐車壁厚計算罐車容積。本發(fā)明便于操作、使用簡單，克服原有計量標(biāo)準(zhǔn)器使用過程受人為因素影響較大、測量結(jié)果不穩(wěn)定的問題，體積不確定度可小于2‰。
文檔編號G01B11/00GK101629805SQ200810012339
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者劉偉軍, 夏仁波, 徐金亭, 趙吉賓, 黃以君 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所