專利名稱：一種物體體積快速測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量方法，尤其是一種物體體積的測量方法，進(jìn)一步是涉及一種利用單目視覺定位原理和二維激光掃描儀測量物體體積的方法。
背景技術(shù)：
在許多實(shí)際應(yīng)用場合下需要對形狀不規(guī)則物體的體積實(shí)施快速準(zhǔn)確測量，如火電站計(jì)算煤炭日消耗量，建筑施工前的土石方量測量等等。目前常用的體積測量方法按使用的三維重建設(shè)備不同主要分為三種。第一種方法是利用三維激光掃描儀在多個角度對物體實(shí)施靜態(tài)掃描，獲得三維重建結(jié)果后計(jì)算出其體積。該方法涉及后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)工作，工作效率低，且三維掃描儀設(shè)備價格昂貴，成本較高。有關(guān)該方法的具體介紹參見文獻(xiàn)"Laser-ranging scanning system to observe topographical deformations of volcanoes，，(作者Tetsuo Aoki, Masao Takabe, Kohei Mizutani, and Toshikazu Itabe)。第二種方法是使用多個二維激光掃描儀同步多角度掃描來獲取物體的三維重建結(jié)果從而計(jì)算體積。該方法需2至3臺二維激光掃描儀，同時需要搭建框架式掃描平臺， 因此設(shè)備成本昂貴。此外，該方法只可對車載的貨物實(shí)施掃描，無法應(yīng)用于不可移動目標(biāo)的體積測量，這使得其應(yīng)用領(lǐng)域大大受限。有關(guān)該方法的具體介紹參見文獻(xiàn)“Roundwood measurement of truck loads by laser scanning，，(作者M(jìn)ats Nylinder，Tonny Kubenka, Mikael Hultnas )。第三種方法采用多方位架設(shè)若干相機(jī)構(gòu)成多目視覺系統(tǒng)對目標(biāo)進(jìn)行三維重建來實(shí)現(xiàn)體積的測量。該方法算法復(fù)雜，設(shè)備安裝難度高，便攜性差，操作繁瑣，對每個目標(biāo)實(shí)施測量前需要繁雜的相機(jī)標(biāo)定等工作，工作效率很低。有關(guān)該方法的具體介紹參見文獻(xiàn) “Three-Dimensional Surface and Volume Measurements Using a Camera Array，，(作者Peerajak Witoonchart and Richard Foulds)。
發(fā)明目的
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種物體體積快速準(zhǔn)確測量方法，該方法算法簡單、自動化程度高、安裝及使用方便、設(shè)備成本較低、體積計(jì)算速度快且精度較高、可適用于多種場合的體積測量的要求。
技術(shù)方案
本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下
將二維激光掃描儀架設(shè)于輪式車輛任意一側(cè)，使其掃描平面垂直于地面且垂直于車輛的縱向中軸線方向。單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀固連在一起，單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀距離地面的高度相同，兩者之間的距離為d。實(shí)施下述步驟
第一步，采集數(shù)據(jù)。
輪式車輛繞行被測量目標(biāo)一周，繞行期間單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀同時分別采集數(shù)據(jù)。設(shè)單目視覺定位系統(tǒng)在此繞行期間共完成η次定位，每次定位所對應(yīng)的時刻為Ti (i = 1，2，L，η)，所有時刻Ti組成單目視覺定位時刻序列T1, T2，L，Tn,時刻Ti定位時獲得的輪式車輛航向角為θ ”時刻Ti定位時獲得的單目視覺定位系統(tǒng)在路面的投影點(diǎn)位置為PyPi在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為 ,if)，單目視覺定位系統(tǒng)在路面所有的投影點(diǎn)位置組成單目視覺定位系統(tǒng)投影點(diǎn)位置序列PpPyLP1^在時刻Ti掃描儀獲取的物體輪廓線序號為ki，所有物體輪廓線序號組成物體輪廓線序號序列Ic1A2，L，kn，二維激光掃描儀在獲得所有物體輪廓線時對應(yīng)的時刻序列為t1; t2，... K，所有物體輪廓線L1Q = 1，2，... kn) 構(gòu)成物體輪廓線序列L1, L2，... 。
第二步，計(jì)算在每個定位時刻二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置坐標(biāo)。設(shè)在時刻Ti, 二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置為A，其在世界坐標(biāo)系下的投影點(diǎn)位置坐標(biāo)為 (Zf,if);二維激光掃描儀在路面的所有投影點(diǎn)位置組成掃描儀投影點(diǎn)位置序列Q1, Q2, L， I。利用下述公式可計(jì)算if):
權(quán)利要求
1. 一種物體體積快速測量方法，其特征在于，包括下述步驟將二維激光掃描儀架設(shè)于輪式車輛任意一側(cè)，使其掃描平面垂直于地面且垂直于輪式車輛的縱向中軸線方向；單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀固連在一起，單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀距離地面的高度相同，兩者之間的距離為d ； 第一步，采集數(shù)據(jù)；輪式車輛繞行被測量目標(biāo)一周，繞行期間單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀同時分別采集數(shù)據(jù)；設(shè)單目視覺定位系統(tǒng)在此繞行期間共完成η次定位，每次定位所對應(yīng)的時刻為Ti, i = 1，2，L，η，所有時刻Ti組成單目視覺定位時刻序列T1, T2, L，Tn,時刻Ti定位時獲得的輪式車輛航向角為θ i，時刻Ti定位時獲得的單目視覺定位系統(tǒng)在路面的投影點(diǎn)位置為PyPi在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為 ,if )，單目視覺定位系統(tǒng)在路面所有的投影點(diǎn)位置組成單目視覺定位系統(tǒng)投影點(diǎn)位置序列P1, P2，L，Pn ；在時刻Ti掃描儀獲取的物體輪廓線序號為所有物體輪廓線序號組成物體輪廓線序號序列Ic1A2，L，kn，二維激光掃描儀在獲得所有物體輪廓線時對應(yīng)的時刻序列為t1; t2，... K，所有物體輪廓線L1, 1 = 1，2，... kn，構(gòu)成物體輪廓線序列L1, L2，. . . ；第二步，計(jì)算在每個定位時刻二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置坐標(biāo)；設(shè)在時刻 Ti, 二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置為Qi,其在世界坐標(biāo)系下的投影點(diǎn)位置坐標(biāo)為 (Zf,if);二維激光掃描儀在路面的所有投影點(diǎn)位置組成掃描儀投影點(diǎn)位置序列Q1, Q2, L， Qn ；利用下述公式可計(jì)算 ,if)prf =Xf+Jx COS^1[Yf =Y^dxsinei第三步，計(jì)算在獲得每條物體輪廓線的時刻二維激光掃描儀在路面投影點(diǎn)位置坐標(biāo)； 在相鄰的兩次定位時刻L和IV1之間，j = l，2，L，n-l，二維激光掃描儀共獲得物體輪廓線的數(shù)量為、+1-、+1 ；在掃描儀投影點(diǎn)位置％和Qj+1之間實(shí)施線性插值，共線性插值、+1-、-1個點(diǎn)；設(shè)在時刻和IV1之間的所有經(jīng)線性插值后的點(diǎn)組成二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置序列 ，該序列中任意一點(diǎn) 的坐標(biāo)和該點(diǎn)對應(yīng)的輪式車輛航向角分別用Up，yp)和 Φ ρ 表不,ρ = kj, . . . , kJ+1,有 Xs1-Xs^=Z;+ r / (p-kj)<kMIys _ysη η在時刻T1和Tn之間的所有經(jīng)線性插值后的點(diǎn)組成在時刻序列t1;t2，. . .、二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置序列1, ，.. . qk ，該序列中任意一點(diǎn)qi(l = 1，2，. . . kn)的坐標(biāo)和該點(diǎn)對應(yīng)的輪式車輛航向角分別用(X1, yk)和表示； 第四步，獲得物體三維重建結(jié)果并計(jì)算出物體體積；根據(jù)在獲得每條物體輪廓線L1時刻、下的二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)坐標(biāo)(Xl， Y1)和該點(diǎn)對應(yīng)的輪式車輛航向角Φ工，得到物體輪廓線L1在世界坐標(biāo)系下的投影方程為 Y1-Y1 = tan ( π /2+ Φχ) X (X1-X1)根據(jù)物體輪廓線L1在世界坐標(biāo)系下的投影方程實(shí)施目標(biāo)物體形貌三維重建；對三維重建結(jié)果實(shí)施Delaimay三角剖分，獲得物體的三角網(wǎng)格模型；由三角網(wǎng)格模型計(jì)算出物體體積。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用單目視覺定位原理和二維激光掃描儀測量物體體積的方法。技術(shù)方案是將單目視覺定位系統(tǒng)與二維激光掃描儀架設(shè)于輪式車輛任意一側(cè)，輪式車輛繞行物體一周，并包括下述步驟第一步，采集數(shù)據(jù)；第二步，計(jì)算在每個定位時刻二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置坐標(biāo)；第三步，計(jì)算在獲得每條物體輪廓線時刻二維激光掃描儀在路面的投影點(diǎn)位置坐標(biāo)；第四步，獲得物體三維重建結(jié)果并計(jì)算出物體體積。本發(fā)明的有益效果在于可對不規(guī)則形狀物體實(shí)施全方位快速掃描，獲得物體體積的速度快，精度較高，自動化程度高。而且，本發(fā)明算法較簡單，設(shè)備使用方便。
文檔編號G01B11/00GK102494611SQ20111039787
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者馮瑩, 曹毓, 陳運(yùn)錦, 雷兵, 魏立安 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)