專利名稱：一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)管領(lǐng)域，具體涉及一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法及系統(tǒng)， 用于自動(dòng)監(jiān)管行駛車輛中裝載木材、行駛車輛中的裝載原木材積、場(chǎng) 地原木材積。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)2007年我國原木進(jìn)口多達(dá)3千多萬立方，總價(jià)值53億美 元，原木是我國很多邊境海關(guān)口岸進(jìn)口的大宗貨物，因此需要重點(diǎn)監(jiān) 管，對(duì)木材材積進(jìn)行測(cè)量，與申報(bào)數(shù)量核對(duì)，以檢查是否瞞報(bào)、少報(bào)。 現(xiàn)階段木材的計(jì)量采用人工檢尺方法，對(duì)可疑申報(bào)木材，按照國家標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)定測(cè)量，人工用皮尺對(duì)每根木材進(jìn)行測(cè)量，這種方法的準(zhǔn)確性 和合理性都不是很理想。按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其具體做法是針對(duì) 每一根木材，通過小頭端面中心先量短徑(量至亳米算至厘米)，再 通過短徑的中心垂直檢量長徑，由其橫截面較小的一端的輪廓，人工 用盒尺(皮尺)來確定其徑級(jí)；根據(jù)每一根木頭的徑級(jí)乘以一確定的 系數(shù)，獲得該根木頭的體積數(shù)，累計(jì)所有需檢尺的木頭的體積數(shù)，就 可以得到所需檢尺木頭的體積數(shù)，即材積數(shù)。人工檢尺方式不但存在需要人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、安全 隱患多的缺點(diǎn)，而且由于人為因素導(dǎo)致檢尺誤差大、波動(dòng)大。即使進(jìn) 行復(fù)檢驗(yàn)收和加強(qiáng)管理仍達(dá)不到較理想的結(jié)果，檢查速度慢，只能進(jìn) 行抽查，無法杜絕走私現(xiàn)象存在。對(duì)于木材材積的自動(dòng)測(cè)量測(cè)試，1997年報(bào)道了通過衛(wèi)星遙感技 術(shù)來估計(jì)陸地上某些林區(qū)的木材材積，但這些方法的精度和操作流程 顯然不符合我國的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。1992年，Brodie等人應(yīng)用了計(jì)算機(jī)視覺來檢測(cè)原木材積。該系統(tǒng)釆用了檢測(cè)圓形目標(biāo)的霍夫Hough變換方法，通過K均值聚類算 法來獲得Hough變換結(jié)果的極大值，利用這些極大值來確定端面徑級(jí)，從而計(jì)算出原木材積。但該系統(tǒng)只能處理很接近圓形的原木端面,其測(cè)量誤差范圍在10%之內(nèi)，這樣的檢尺誤差在國內(nèi)的木材計(jì)量中難以實(shí)用。國內(nèi)，青島海洋大學(xué)有基于計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)原木材積的研究報(bào) 道。該系統(tǒng)釆用了攝像機(jī)作為圖像的獲取工具，把在現(xiàn)場(chǎng)釆集的視頻 輸入計(jì)算機(jī)，在視頻中選擇圖像效果較好的圖片進(jìn)行處理。該系統(tǒng)釆用了聚類分析和模糊識(shí)別的技術(shù)，所提取的端面依賴于所采用的閾 值。系統(tǒng)把所有端面均近似為圓形，取所有木材兩端端面面積總和的 平均再乘以木材的長度作為總材積，可見，該系統(tǒng)也不符合我國現(xiàn)行 國家標(biāo)準(zhǔn)。2002年有浙江工學(xué)院相關(guān)工作的研究。該系統(tǒng)采用了一種改進(jìn) 的Hausdorff距離算法來提取端面輪廓。雖然該方法具有一定的創(chuàng)新 性，但是僅僅是使用了一些預(yù)先確定的模版來逼近端面輪廓。上述系統(tǒng)沒有針對(duì)每個(gè)原木端面提取出其輪廓，因此也無法按照 國家標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算徑級(jí)，也沒有考慮到實(shí)際應(yīng)用中除了對(duì)原木，還需要 對(duì)板材、鋸材進(jìn)行測(cè)量的需求，無法對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下列車中裝載木材進(jìn) 行測(cè)量，無法滿足海關(guān)領(lǐng)域?qū)δ静谋O(jiān)管的需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法，實(shí)現(xiàn)圖像中原木端 面輪廓的提取，進(jìn)而按照國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算徑級(jí)，統(tǒng)計(jì)原木材積，并用激 光測(cè)量計(jì)算、機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)測(cè)量運(yùn)輸木材體積，該方法的應(yīng)用可 降低人工檢査強(qiáng)度，提高檢查準(zhǔn)確率，有效打擊走私犯罪。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用如下技術(shù)方案提供一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法，用于對(duì)行駛列車中裝載的木材進(jìn)行 監(jiān)管，該方法包括以下步驟用激光掃描裝置掃描行駛列車車廂，得到車廂中木材橫截面的外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述外形輪廓線數(shù)據(jù)獲 取木材的橫截面面積；用攝像裝置連續(xù)拍攝列車車廂通過時(shí)的圖片， 依據(jù)所拍攝的圖片獲取行駛列車的車廂長度；由所述木材的橫截面面 積與所述車廂長度獲取木材的體積；根據(jù)獲得的所述木材的體積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。其中，所述掃描裝置為激光掃描儀，所述外形輪廓線數(shù)據(jù)為掃描 到的車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)，掃描中獲取激光掃描儀的激光 器與車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的距離，經(jīng)坐標(biāo)變換得到所述車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)。其中，所述木材為原木時(shí)，由所述車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的坐 標(biāo)獲取所述輪廓線與坐標(biāo)圍成的面積，將所述面積與數(shù)值范圍為 0.96 ~ 0.98的系數(shù)乘積，用于去除原木空隙占用的面積，得到所述原 木的橫截面面積。其中，所述攝像裝置為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，在激光掃描裝置掃描到車廂 進(jìn)入與車廂離開的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行連續(xù)拍攝，由所拍攝的圖片中特征區(qū) 域的位移進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離，由所述列車 車廂移動(dòng)的距離確定車廂長度。其中，由所述位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離的方法為獲取所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)所拍攝圖片中一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度；獲取所述位移所占用的像素?cái)?shù)目；由所述一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長 度與像素?cái)?shù)目乘積獲得實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離。其中，所述激光掃描儀的掃描頻率為60~80Hz,列車行駛過程 中掃描得到車廂不同位置的木材橫截面外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述車 廂不同位置的木材橫截面外形輪廓線數(shù)據(jù)，獲取車廂不同位置的木材 的橫截面面積；由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝的從車廂進(jìn)入與車廂離開時(shí)間段內(nèi)的圖片中，獲取每相鄰兩張圖片中特征區(qū)域的位移，對(duì)所述位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的段距離；將所述不同位置的木材的橫截面面積與所述段距離累積求和獲取車廂內(nèi)木材的體積。本發(fā)明還提供了 一種木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)，用于對(duì)行駛列車中裝載 的木材進(jìn)行監(jiān)管，該系統(tǒng)包括木材橫截面掃描單元，用于對(duì)行駛列 車車廂進(jìn)行掃描，得到車廂中木材橫截面的外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所 述外形輪廓線數(shù)據(jù)獲取木材的橫截面面積；車廂長度測(cè)量單元，用于 對(duì)列車車廂通過時(shí)進(jìn)行連續(xù)拍攝，依據(jù)所拍攝的圖片獲取行駛列車的車廂長度；木材體積獲取單元，用于由所述木材的橫截面面積與所述 車廂長度獲取木材的體積；木材體積監(jiān)管單元，用于根據(jù)獲得的所述 木材的體積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。其中，所述木材橫截面掃描單元包括激光掃描儀和橫截面面積求 取單元，其中所述激光掃描儀，通過激光器掃描車廂，得到所述激 光器與車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的距離，并發(fā)送到橫截面面積求取單元；所述橫截面面積求取單元，根據(jù)所述激光器與車廂中木材輪廓線 上各點(diǎn)的距離，設(shè)定坐標(biāo)并進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到所述車廂中木材輪廓 線上各點(diǎn)的坐標(biāo)，由所述坐標(biāo)獲取車廂內(nèi)木材的橫截面面積。其中，所述激光掃描儀為二維激光掃描儀，安裝在車廂上方的龍 門框架或者支架的兩側(cè)，所述龍門框架跨軌道設(shè)立，所述支架在軌道 兩側(cè)位置。其中，所述車廂長度測(cè)量單元包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、位移獲取裝置和 車廂長度求取裝置，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，用于在車廂進(jìn)入和離開時(shí)間內(nèi)連續(xù) 拍攝圖片，并將拍攝的圖片發(fā)送到位移獲取裝置；位移獲取裝置，用 于獲取所述圖片中特征區(qū)域的位移，對(duì)所述位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離；車廂長度求取裝置，由實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離確定車廂長度。其中，所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)安裝在龍門架或者支架上，從列車上方在 進(jìn)行拍攝，使攝像機(jī)的視野可以覆蓋軌道。本發(fā)明還提高了一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法，用于對(duì)堆場(chǎng)原木或靜止車輛中的裝載原木進(jìn)行監(jiān)管，該方法包括以下步驟用攝像裝置拍攝 所述堆場(chǎng)原木或所述裝載原木的端面圖像，依據(jù)所述端面圖像獲取原木根數(shù)及每根原木的橫截面面積；利用刻度尺測(cè)量原木的長度；由原木根數(shù)、每根原木的橫截面面積及原木長度獲取所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的材積；根據(jù)獲得的所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的材積判斷是否超 出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。其中，依據(jù)所述端面圖像獲取原木根數(shù)及每根原木的橫截面面積 的方法為對(duì)所述端面圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像中原木的背景；對(duì) 預(yù)處理后的端面圖像進(jìn)行圖像分割，獲取原木根數(shù)及每根原木在端面 圖像中對(duì)應(yīng)的區(qū)域；對(duì)分割后的端面圖像進(jìn)行輪廓提取，獲取每根原 木在端面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓；根據(jù)所述每根原木在端面圖像中對(duì) 應(yīng)區(qū)域的輪廓，確定不同原木端面的長短徑及中心，獲得所述堆場(chǎng)原 木或裝載原木的橫截面面積。其中，對(duì)所述圖像分割包括步驟對(duì)所述端面圖像進(jìn)行霍夫變換， 根據(jù)端面圖像中每根原木端面區(qū)域?qū)?yīng)的霍夫變化峰值，確定每根原 木端面區(qū)域的中心；設(shè)定以所述每根原木端面區(qū)域的中心為圓心的圓 形模板，獲取所述圓形模板在不同直徑下與每根原木端面區(qū)域的匹配 度；在匹配度大于設(shè)定閾值下終止匹配，確定匹配度最大的圓形模板 為匹配模板，落入所述匹配模板內(nèi)的區(qū)域?yàn)樵驹诙嗣鎴D像中對(duì)應(yīng)的 區(qū)域。其中，對(duì)分割后的端面圖像基于小波變換進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)所 檢測(cè)的邊緣區(qū)分可信點(diǎn)與不可信點(diǎn)，去除檢測(cè)到邊緣中的不可信點(diǎn)， 對(duì)檢測(cè)到邊緣的可信點(diǎn)進(jìn)行插值來恢復(fù)邊緣輪廓，得到每根原木在端 面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓。本發(fā)明提供的木材自動(dòng)監(jiān)管方法為簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確的原木檢尺 方法，通過釆用激光測(cè)量、輪廓檢測(cè)技術(shù)對(duì)行駛列車中裝載木材測(cè)量 材積，采用圖像處理和識(shí)別技術(shù)對(duì)行駛列車和堆場(chǎng)中的原木材積進(jìn)行測(cè)量，項(xiàng)目實(shí)施可實(shí)現(xiàn)對(duì)通行中列車上和堆場(chǎng)中的木材材積進(jìn)行自 動(dòng)、快速測(cè)量，可完全替代人工檢尺，實(shí)現(xiàn)100%查驗(yàn)，可有效打擊 走私犯罪。


圖i為本發(fā)明對(duì)行駛車輛裝載木材的木材自動(dòng)監(jiān)管方法流程圖； 圖2為本發(fā)明利用激光掃描儀獲取車廂中木材橫截面的外形輪廓 線的示意圖；圖3為本發(fā)明木材自動(dòng)監(jiān)管方法及系統(tǒng)中數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的安裝位置 示意圖；圖4為本發(fā)明木材自動(dòng)監(jiān)管方法中車廂中裝載木材的外輪廓圖； 圖5為本發(fā)明木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)的組成框圖； 圖6為本發(fā)明對(duì)堆場(chǎng)原木及靜止車輛裝載原木的自動(dòng)監(jiān)管方法流程圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施3木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)示意圖。 圖中1、圖像釆集裝置；2、控制計(jì)算機(jī)；3、轉(zhuǎn)換器；4、交換 機(jī)；5、數(shù)據(jù)服務(wù)器。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的木材自動(dòng)監(jiān)管方法及系統(tǒng)，結(jié)合附圖和實(shí)施例說明 如下。實(shí)施例l如圖l所示為對(duì)行駛車輛裝載木材的木材自動(dòng)監(jiān)管方法流程圖， 該方法用于對(duì)行駛列車中裝載的木材進(jìn)行監(jiān)管，該方法主要包括步 驟步驟S101,用激光掃描裝置掃描行駛列車車廂，得到車廂中木材橫截面的外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述外形輪廓線數(shù)據(jù)獲取木材的橫截面面積；步驟S102,用攝像裝置連續(xù)拍攝列車車廂通過時(shí)的圖片，依 據(jù)所拍攝的圖片獲取行駛列車的車廂長度；步驟S103，由所述木材的 橫截面面積與所述車廂長度獲取木材的體積；步驟S104,根據(jù)獲得的所述木材的體積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管，下面詳述本實(shí)施例中 各個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)方式。步驟S101,用激光掃描裝置掃描行駛列車車廂，得到車廂中木材 橫截面的外形輪廓線數(shù)據(jù)。若上述行駛列車是火車時(shí)，為了在列車高速行駛過程中，獲得每 節(jié)車廂裝載木材的體積，必須能獲得車廂中木材的橫截面外形輪廓線 數(shù)據(jù)，本實(shí)施例中釆用漫反射激光掃描器獲得車廂中木材的橫截面外 形輪廓線，具體為使用兩臺(tái)二維激光掃描儀，如圖2所示，每個(gè)激光掃描儀中的激光器設(shè)定掃描角度為90度，掃描頻率75Hz,通過上述兩 個(gè)激光掃描儀獲取每個(gè)激光器到車廂中木材的橫截面外輪廓各點(diǎn)距 離，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)兩個(gè)激光掃描儀獲取的距離計(jì)算、分析，得到車 廂中木材橫截面的外形輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)，從而生成車廂內(nèi)木材的外形 輪廓線。如圖2所示為本發(fā)明利用激光掃描儀獲取車廂中木材橫截面的外 形輪廓線的示意圖，在火車行駛車軌的兩側(cè)上方位置，分別放置二維 激光掃描儀，由于掃描儀中激光器設(shè)定的掃描角度為90度，可以保證 對(duì)車廂中木材橫截面的外輪廓線進(jìn)行完整掃描，由于設(shè)定的掃描頻率 為75Hz,通過上述掃描儀每秒可以獲取75個(gè)木材橫截面外形輪廓線， 該火車為行駛列車，因此，每次掃描到的木材橫截面的外形輪廓線都 是不同的，這樣可以獲取在火車車廂不同位置的木材橫截面的外形輪 廓，本實(shí)施例用激光掃描儀得到木材橫截面的外形輪廓線是基于激光 測(cè)距原理的，即首先獲取掃描儀的激光器與裝載木材外輪廓的各點(diǎn)距 離，如其中丄萬兩點(diǎn)的距離，根據(jù)該距離設(shè)定坐標(biāo)，經(jīng)過坐標(biāo)變換可以得出車廂內(nèi)裝載木材外輪廓上^、萬兩點(diǎn)的坐標(biāo)^ (《，r;.)、 5(《+/,1}+7)，設(shè)定坐標(biāo)，并將獲取的距離值進(jìn)行坐標(biāo)變換技術(shù)為現(xiàn)有 常用技術(shù)，這里不再詳述。上述丄萬兩點(diǎn)經(jīng)坐標(biāo)變換所投影到X-Y軸 所圍成影陰部分的面積ASj的計(jì)算公式為火車車廂從進(jìn)入掃描區(qū)域到離開期間，會(huì)掃描到位于車廂不同位 置的若干個(gè)木材橫截面輪廓線，對(duì)其中第i個(gè)木材橫截面輪廓線圍成的橫截面面積A就可以通過累積求和獲得，具體為其中，m為掃描儀的激光器掃描車廂橫截面時(shí)所采集的木材橫截面外輪廓線上的點(diǎn)數(shù)減1。通過上述方法，可以獲取掃描到的位于車廂不同位置的木材橫截 面面積，即可以獲得裝載木材在車廂內(nèi)不同位置的橫截面面積。另外，掃描儀獲取的車廂內(nèi)木材橫截面的輪廓可以判斷所裝載的 木材是板材還是原木，若為板材，即按上述步驟獲取的木材橫截面輪 廓線與坐標(biāo)軸的圍成的面積得知板材的橫截面面積，若為原木，獲取 木材橫截面輪廓線與坐標(biāo)軸的圍成的面積后，還要對(duì)其進(jìn)行處理，因 為原木堆放在一起時(shí)，從端面看過去，其內(nèi)部是有縫隙的，所以要去 除各原木間縫隙所占用的面積，具體為將上述獲取的木材橫截面輪廓 線與坐標(biāo)軸的圍成的面積乘以折算系數(shù)，該系數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)得到，本實(shí)施例中所使用的系數(shù)范圍為0.96-0.98。步驟S102，用攝像裝置連續(xù)拍攝列車車廂通過時(shí)的圖片，依據(jù) 所拍攝的圖片獲取行駛列車的車廂長度。本實(shí)施例中的攝像裝置為黑白數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，如圖3所示，安裝在 龍門架上(或支架上)，從火車上方進(jìn)行拍攝，使攝像機(jī)的視野可以 覆蓋火車行駛軌道。根據(jù)攝像機(jī)連續(xù)拍攝的車廂通過時(shí)的圖片，通過在相鄰兩幅圖片 中尋找車廂特征區(qū)域的位移距離，根據(jù)該位移通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就可以計(jì) 算出車廂實(shí)際移動(dòng)的距離Li。本實(shí)施例中根據(jù)上述位移計(jì)算車廂實(shí)際移動(dòng)的距離的方法為獲取數(shù)字?jǐn)z像機(jī)所拍攝圖像中一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度；獲取所述位移所占用的像素?cái)?shù)目；由所述一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度與像素?cái)?shù)目乘積獲得實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離。對(duì)于上述獲取數(shù)字?jǐn)z像機(jī)所拍攝圖像中一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長 度的方法，可以在攝像機(jī)的視野內(nèi)豎立標(biāo)尺進(jìn)行標(biāo)定，如若標(biāo)尺的長度為2m,調(diào)整相機(jī)參數(shù)，使得標(biāo)尺對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)目約為2000個(gè)，則 圖像中的一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度約為lmm，因此，只要邊緣定 位到像素級(jí)就可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。另外，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)長度 車廂的邊線代替標(biāo)尺進(jìn)行長度標(biāo)定。如圖4所示的車廂中木材外輪廓示意圖，本實(shí)施例中根據(jù)激光掃 描儀提供的車廂頭部到達(dá)和車廂尾部離開信號(hào)，從拍攝車廂頭部到拍 攝車廂尾部連續(xù)拍攝了 w個(gè)圖片，將其中每相鄰的兩個(gè)圖片計(jì)算得到 車廂的每段移動(dòng)的距離，進(jìn)而計(jì)算出車廂的段長度，將的車廂移動(dòng)距 離相加，則得到車廂總長度丄，公式如下<formula>formula see original document page 14</formula>其中，^為從車廂頭部到達(dá)拍攝的第一張圖片與第二張圖片間車 廂移動(dòng)的距離，&為從車廂頭部到達(dá)拍攝的第二張圖片與第三張圖片獲得的車廂移動(dòng)的距離，&為車廂頭部到達(dá)拍攝的第三張圖片與第四 張圖片獲得的車廂移動(dòng)的距離，4-7為車廂頭部到達(dá)拍攝的第"-7 張圖片與第"張圖片獲得的車廂移動(dòng)的距離。關(guān)于上述激光掃描儀提供的車廂頭部到達(dá)和車廂尾部離開信號(hào) 的方法，可以使用激光掃描儀與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)直接連接，直接向數(shù)字?jǐn)z 像機(jī)傳遞掃描到車廂頭部達(dá)到與車廂尾部離開的信號(hào)，或?qū)⒓す鈷呙?儀連接到計(jì)算機(jī)控制裝置，由計(jì)算機(jī)控制裝置獲取激光掃描儀掃描到 車廂頭部到達(dá)和車廂尾部離開信號(hào)時(shí)，間接控制數(shù)字?jǐn)z像機(jī)啟動(dòng)或停 止圖片拍攝。本實(shí)施例中獲取車廂總長度的方法不限于上述累計(jì)求和，也可以直接由從車廂頭部到達(dá)拍攝的第一張圖片與第"張圖片獲得的車廂 移動(dòng)的距離直接得出車廂的總長度。步驟S103:由所述木材的橫截面面積與所述車廂長度獲取木材的體積。該步驟中具體獲取裝載木材的體積有以下方法在步驟S101中已獲取到在車廂中不同位置的裝載木材各個(gè)橫截 面面積，通過上述各個(gè)截面面積的平均值與車廂總總長度的乘積求出 裝載木材的體積，該方法簡(jiǎn)單，且具有一定的精確度；若在步驟SIOI中的激光掃描儀的掃描頻率比較低，甚至在車輛 通過時(shí)由激光掃描儀僅掃描到一張裝載木材的橫截面，這種情況下， 也可以直接由該橫截面面積與車廂總長度的乘積求出裝載木材的體 積，但獲得的裝載木材的橫截面越多越接近真實(shí)，精度會(huì)越高。本實(shí)施例中激光掃描儀的掃描頻率為75Hz，在車廂通過時(shí)，獲 得的橫截面圖有若干張，因此可以獲取裝載木材在車廂各個(gè)不同位置 的橫截面面積，由于在步驟S102中可以分段獲得車廂的移動(dòng)距離， 各個(gè)分段移動(dòng)距離的累積求和為車廂總長度，因此實(shí)際每段移動(dòng)距離 對(duì)應(yīng)車廂不同段長度，由于根據(jù)激光掃描儀可以獲取到車廂不同段內(nèi) 的多個(gè)橫截面面積，因此獲得車廂內(nèi)每段裝載木材的體積，這樣得到 的裝載木材的體積精度是最高的，本實(shí)施例就是釆用這種方法。在攝像機(jī)拍攝火車通過時(shí)的圖片時(shí)，釆用計(jì)時(shí)裝置獲取兩相鄰圖 片間的特征點(diǎn)的位移所用的時(shí)間At，由兩相鄰圖片中特征區(qū)域的位 移通過坐標(biāo)變換獲取實(shí)際車廂的位移Li，由于掃描儀中激光器的掃描 頻率為75Hz,所以在的At的時(shí)間內(nèi)，所掃描到的車廂裝載木材截面 數(shù)目w為可以得出木材橫截面S!(At的起始時(shí)間所掃描到的木材橫截 面)、截面S1+n (經(jīng)At后所掃描到的木材橫截面)間的車貨體積AVi(即其中一段車廂內(nèi)裝載木材的體積)的計(jì)算公式為 △K=2(&+/+&+/+1)x^其中，Lj由兩相鄰圖片中特征區(qū)域的位移通過坐標(biāo)變換獲取實(shí)際 車廂的位移，n為在的At的時(shí)間內(nèi)所掃描到的車廂裝載木材橫截面 數(shù)目，At為兩相鄰圖片間的特征點(diǎn)的位移所用的時(shí)間。因而，整個(gè)車廂內(nèi)裝載木材的體積r就可以根據(jù)以下公式計(jì)算得出其中，p為由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)所拍攝連續(xù)圖片所得到的整個(gè)車廂的段 數(shù)，z'為整數(shù)。步驟S104，據(jù)獲得的所述木材的體積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。將上述得到的裝載木材的體積發(fā)送到數(shù)據(jù)庫中，管理人員可以登 陸數(shù)據(jù)庫查看相關(guān)信息，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。如圖5所示為本發(fā)明提出的木材自動(dòng)監(jiān)管的系統(tǒng)組成框圖，用于 對(duì)行駛列車中裝載的木材進(jìn)行監(jiān)管，該系統(tǒng)包括木材橫截面掃描單 元，用于對(duì)行駛列車車廂進(jìn)行掃描，得到車廂中木材橫截面的外形輪 廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述外形輪廓線數(shù)據(jù)獲取木材的橫截面面積；車廂長 度測(cè)量單元，用于對(duì)列車車廂通過時(shí)進(jìn)行連續(xù)拍攝，依據(jù)所拍攝的圖 片獲取行駛列車的車廂長度；木材體積獲取單元，用于由所述木材的 橫截面面積與所述車廂長度獲取木材的體積；木材體積監(jiān)管單元，用 于根據(jù)獲得的所述木材的體積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。該系統(tǒng)中，木材橫截面掃描單元包括激光掃描儀和橫截面面積求 取單元，所述激光掃描儀，通過激光器掃描車廂，得到激光器與車廂 中木材輪廓線上各點(diǎn)的距離，并發(fā)送到橫截面面積求取單元；橫截面面積求取單元，根據(jù)激光器與車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的距離，設(shè)定坐標(biāo)并進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)，由坐標(biāo) 獲取車廂內(nèi)木材的橫截面面積。該系統(tǒng)中，激光掃描儀為二維激光掃描儀，安裝在車廂上方的龍 門框架或者支架的兩側(cè)，所述龍門框架跨軌道設(shè)立，所述支架在軌道 兩側(cè)位置。該系統(tǒng)中，車廂長度測(cè)量單元包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、位移獲取裝置和 車廂長度求取裝置，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，用于在車廂進(jìn)入和離開時(shí)間內(nèi)連續(xù)拍攝圖片，并將拍攝的圖片發(fā)送到位移獲取裝置；位移獲取裝置，用于獲取圖片中特征區(qū)域的位移，對(duì)位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離；車廂長度求取裝置，由實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離確定 車廂長度。該系統(tǒng)中，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)安裝在龍門架或者支架上，從列車上方在 進(jìn)行拍攝，使攝像機(jī)的視野可以覆蓋軌道。本實(shí)施例中方法和系統(tǒng)，釆用軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)行駛車輛中運(yùn)輸 木材體積的自動(dòng)測(cè)量，管理人員根據(jù)得到的木材體積判斷是否超出范 圍，實(shí)習(xí)自動(dòng)監(jiān)管，由于取代了傳統(tǒng)的人工測(cè)量，不會(huì)出現(xiàn)漏檢，且 檢測(cè)的木材的體積精度高，對(duì)打擊走私犯罪、降低人工查驗(yàn)強(qiáng)度、提 高通關(guān)效率和查驗(yàn)準(zhǔn)確性起到積極作用。實(shí)施例2本實(shí)施例中所提供的木材自動(dòng)監(jiān)管的方法用于對(duì)堆場(chǎng)原木或靜 止車輛中裝載原木進(jìn)行監(jiān)管，由于木材靜止無法使用激光掃描裝置獲 取輪廓線，通過圖像處理方法對(duì)木材端面進(jìn)行識(shí)別，計(jì)算每根木材的 橫截面面積。如圖6為本發(fā)明對(duì)堆場(chǎng)原木及靜止列車裝載原木的木材自動(dòng)監(jiān) 管方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟S201，用攝像裝置拍攝 所述堆場(chǎng)原木或所述裝載原木的端面圖像，依據(jù)所述端面圖像獲取原 木根數(shù)及每根原木的橫截面面積；步驟S202，利用刻度尺測(cè)量原木的長度；步驟S203，由原木根數(shù)、每根原木的橫截面面積及原木長度獲取所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的材積；步驟S204，根據(jù)獲得的所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的材積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。下面詳述用攝像裝置拍攝所述堆場(chǎng)原木或所述裝載原木的端面 圖像，依據(jù)所述端面圖像獲取原木根數(shù)及每根原木的橫截面面積的實(shí)施方式。本實(shí)施例中，由于原木的橫截面面積由圖像獲得，需要建立所拍 攝的圖像與實(shí)際距離的比例關(guān)系，具體釆用的方法為在攝像機(jī)成像 時(shí)，在原木堆下方放置固定長度的標(biāo)尺，使之與原木端面在同一平面 內(nèi)。通過計(jì)算標(biāo)尺長度在圖像中所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)目，就可以獲得圖像中一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度。若標(biāo)尺長度為2m，調(diào)整相機(jī)參數(shù)，使 得標(biāo)尺對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)目約為2000個(gè)，則圖像中的 一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí) 際長度約為lmm,因此，只要邊緣定位到像素級(jí)就可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn) 的規(guī)定。同理，原木橫截面獲取原理也是一樣的，實(shí)際上對(duì)于多數(shù)原 木端面，其短徑的長度即使與實(shí)際長度有微小的差異，也不會(huì)影響其 徑級(jí)的劃分。對(duì)于不適合在原木端面附近放置標(biāo)尺的情況，如運(yùn)動(dòng)列車的車廂 端面，可以使用標(biāo)準(zhǔn)長度車廂的邊線代替標(biāo)尺進(jìn)行長度標(biāo)定，另外也 可以在攝像機(jī)的視野內(nèi)豎立標(biāo)尺進(jìn)行標(biāo)定。由于所拍攝一幅原木端面圖像包含了數(shù)百根原木端面，要分別把 這些不同原木端面的準(zhǔn)確輪廓提取出來才能獲取原木的橫截面面積。 本實(shí)施例中在得到原木端面圖像后通過下述方法提取不同原木的端 面輪廓對(duì)端面圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像中原木的背景；對(duì)預(yù)處理 后的端面圖像進(jìn)行圖像分割，獲取原木根數(shù)及每根原木在端面圖像中 對(duì)應(yīng)的區(qū)域；對(duì)分割后的端面圖像進(jìn)行輪廓提取，獲取每根原木在端 面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓；根據(jù)所述每根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域 的輪廓，確定不同原木端面的長短徑及中心，獲得所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的橫截面面積。(1) 對(duì)端面圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像中原木的背景 原木圖像的預(yù)處理包括人工預(yù)處理和圖像的邊緣檢測(cè)兩部分。 原始原木圖像中通常包含了除待測(cè)原木外的其他景物，為消除這些背景的影響，需要進(jìn)行人工預(yù)處理，為下一步處理提供統(tǒng)一的信息 表達(dá)。在原木材積自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)中，由于相機(jī)視場(chǎng)的變化，以及被檢 測(cè)對(duì)象的變化，使得圖像中存在著一些其他景物。這些景物會(huì)給識(shí)別 帶來影響，因此圖像的預(yù)處理要解決的一個(gè)問題就是去除這些無關(guān)背 景，給下一步的處理提供統(tǒng)一的信息表達(dá)。通常，圖像中與檢測(cè)目標(biāo) 無關(guān)的背景比較復(fù)雜，所以這一操作由操作員手工完成。圖像的后續(xù)處理在人工預(yù)處理后的區(qū)域中進(jìn)行，從而能排除背景 的干擾。由于本實(shí)施例中釆用了標(biāo)準(zhǔn)長度的標(biāo)尺來確定圖像像素對(duì)應(yīng) 的實(shí)際長度，因此標(biāo)尺在圖像中的位置信息至關(guān)重要，必須準(zhǔn)確地對(duì) 標(biāo)尺進(jìn)行定位，以減少因標(biāo)尺的誤差所帶來的測(cè)量誤差。因此，標(biāo)尺 的確定由操作員來完成。人工預(yù)處理后還包括端面圖像的邊緣邊緣檢測(cè)，邊緣是指圖像局 部亮度變化最顯著的部分，由于基于小波變換的邊緣檢測(cè)算法具有多 尺度特性，其邊緣檢測(cè)結(jié)果在后續(xù)圖像識(shí)別過程中有重要的應(yīng)用價(jià) 值，因此本實(shí)施例選用了基于小波的邊緣檢測(cè)。(2) 對(duì)預(yù)處理后的端面圖像進(jìn)行圖像分割，獲取原木根數(shù)及每 根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng)的區(qū)域一幅原木端面圖像中往往有上百個(gè)原木端面，要對(duì)這些端面進(jìn)行 分析，首先就要對(duì)他們進(jìn)行分割，然后利用分割的結(jié)果對(duì)端面進(jìn)行進(jìn) 一步的分析，即把 一個(gè)對(duì)多目標(biāo)檢測(cè)問題轉(zhuǎn)化為對(duì)多個(gè)單目標(biāo)的檢測(cè) 問題，從而使后續(xù)的圖像分析成為可能。這樣，原木的圖像分割就具 有如下兩個(gè)目的， 一是將圖像中的原木端面和背景分離開，二是給每一端面賦予特定的標(biāo)記從而使之與圖像其他端面分離。分割既要使各 端面的特征描述盡量準(zhǔn)確，又要使多檢、漏檢的情況盡量少。原木端面圖像分割是要建立一種對(duì)圖像端面的描述，這種描述能 夠反映圖像中每一個(gè)原木端面所在的大致區(qū)域，即不同的端面在圖像 中對(duì)應(yīng)相應(yīng)的區(qū)域。由于原木端面絕大多數(shù)是類圓形狀，因此用圓(包 括圓心的坐標(biāo)和圓的半徑)來描述圖像分割的結(jié)果是很有效的，而原 木端面圖像分割的實(shí)質(zhì)也就是對(duì)圖像中各個(gè)原木端面對(duì)應(yīng)的類圓的 聚類。圖像分割包括步驟① 對(duì)所述端面圖像進(jìn)行霍夫變換，根據(jù)端面圖像中每根原木端面 區(qū)域?qū)?yīng)的霍夫變化峰值，確定每根原木端面區(qū)域的中心，在原木端 面圖像中。經(jīng)過霍夫變換可以將端面區(qū)分為不同的類圓區(qū)域，且每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的霍夫Hough變換的峰值是可以確定的，根據(jù)霍夫變換的特點(diǎn)，由霍夫變換的峰值可以初步估計(jì)類圓區(qū)域的中心的，該過程為現(xiàn)有常 用的方法，這里不再詳述。② 設(shè)定以所述每根原木端面區(qū)域的中心為圓心的圓形模板，獲取 所述圓形模板在不同直徑下與每根原木端面區(qū)域的匹配度。如另A為待匹配的端面區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)集，B為一圓形模板，我們的 目的是找到一個(gè)合適的圓形模板B能盡量和點(diǎn)集A匹配，具體為定 義 一 個(gè)閾值D ，統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集A中的點(diǎn)與模板B中各點(diǎn)的距離最小值小 于閾值D的數(shù)目K(A，B)。當(dāng)模板B是半徑r的圓時(shí)，K(A，B)的意義 就是點(diǎn)集A中的點(diǎn)位于外徑為(r+D)、內(nèi)徑為(r-D)的圓環(huán)內(nèi)部的點(diǎn) 數(shù)。閾值D的選擇取決于端面形狀的規(guī)則性。對(duì)于不規(guī)則的端面， D取值大則更容易將端面的輪廓點(diǎn)包含進(jìn)圓環(huán)。通常取0=3。可見 K(A,B)是點(diǎn)集A和模板B之間匹配程度的度量。③ 在匹配度大于設(shè)定閾值下終止匹配，確定匹配度最大的圓形模板為匹配模板，落入所述匹配模板內(nèi)的區(qū)域?yàn)樵驹诙嗣鎴D像中對(duì)應(yīng) 的區(qū)域。找到模板的參數(shù)(x,y，r)，其中(x，y)為模板B的圓心，r是其半徑， 使得該模板與點(diǎn)集A的匹配度最大，則該模板為與點(diǎn)集A的匹配模 板，對(duì)端面圖像內(nèi)的每一個(gè)端面區(qū)域，該端面區(qū)域?yàn)轭悎A區(qū)域，搜索 與其匹配的模板需要對(duì)每個(gè)可能大小的模板在一定范圍內(nèi)平移，求得 匹配程度Kk,然后取使Kk最大的模板。(3) 對(duì)分割后的端面圖像進(jìn)行輪廓提取，獲取不同原木在端面 圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓，對(duì)分割后的端面圖像基于小波變換進(jìn)行邊緣 檢測(cè)，根據(jù)所檢測(cè)的邊緣區(qū)分可信點(diǎn)與不可信點(diǎn)，去除檢測(cè)到邊緣中 的不可信點(diǎn)，對(duì)檢測(cè)到邊緣的可信點(diǎn)進(jìn)行插值來恢復(fù)邊緣輪廓，得到 每根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓。圖像分割完成后，需要對(duì)分割結(jié)果進(jìn)行分析。分析的任務(wù)是提取 各圖像中各個(gè)原木的端面輪廓，然后根據(jù)所提取的輪廓按照國家標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算其徑級(jí)。本實(shí)施例中輪廓提取釆用現(xiàn)有的Snake輪廓提取法，基于前面 利用小波變換所作的邊緣檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)盡量去除不可信的點(diǎn)，然后根 據(jù)可信的點(diǎn)利用插值算法來恢復(fù)端面的輪廓。實(shí)現(xiàn)這一策略的關(guān)鍵 在于如何正確區(qū)分可信的點(diǎn)和不可信的點(diǎn)。根據(jù)對(duì)圖像小波變換結(jié) 果的分析，在尺度較大時(shí)，小波變換的模極大中，雖然有的部分與 實(shí)際情況偏移較大，但是他們?nèi)阅茌^好反映端面的輪廓信息。因 此，在這些點(diǎn)的鄰域中的輪廓點(diǎn)較可信。但是對(duì)于有的端面，這樣 得到的點(diǎn)仍有部分不可信。進(jìn)一步地，尺度較小時(shí)，較為可信的點(diǎn)的 小波變換模極大的幅值相應(yīng)比較高。(4) 根據(jù)每根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓，確定不同原 木端面的長短徑及中心，獲得所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的橫截面面積在獲取了原木端面的輪廓后，需要進(jìn)行徑級(jí)的計(jì)算。計(jì)算徑級(jí)要符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。首先需要確定原木端面的中心。然而國家標(biāo)準(zhǔn) 中，并沒有規(guī)定確定原木端面中心的方法。人工檢尺時(shí)，原木端面的 中心是根據(jù)檢尺員的經(jīng)驗(yàn)來確定的。在多次試驗(yàn)和研究之后，我們把 原木端面的中心確定為原木輪廓的最大內(nèi)切圓的圓心。獲得端面中心后，即可根據(jù)端面的輪廓及其中心來確定原木端面 的長，短徑。其算法為過端面的中心作直線，記錄直線與輪廓的兩 個(gè)交點(diǎn)之間的線段的長度，在所有這些線段中，長度最短的線段為端 面的短徑。在獲取端面的短徑之后，過中心作與短徑垂直的直線，該 直線與端面輪廓的兩個(gè)交點(diǎn)之間的線段即為長徑。這樣就獲得了端面 的長短徑，然后可以遵循國家標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算端面的徑級(jí)而求得原木截面 面積。本發(fā)明實(shí)施例1中的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)行駛列車裝載木材的自動(dòng)監(jiān) 管，實(shí)施例2實(shí)現(xiàn)了對(duì)堆場(chǎng)原木及靜止車輛中的木材自動(dòng)監(jiān)管，將上 述方法與系統(tǒng)應(yīng)到到海關(guān)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)場(chǎng)合木材的自動(dòng)監(jiān) 管，有效打擊了走私。實(shí)施例3由于本發(fā)明實(shí)施例2中提出了可以獲取原木的端面圖像獲取每 根原木的橫截面面積的方法，對(duì)行駛車輛的裝載木材自動(dòng)監(jiān)管還可以 釆用圖7所示的方式，其中行駛列車為火車，X-l、 X、 X+l代表不 同的車廂，該車廂內(nèi)裝載有木材，在火車行駛軌道的上方不同位置分 別安裝有三個(gè)攝像機(jī)，攝像機(jī)C1、 C3用于拍攝車廂內(nèi)木材的端面圖 像，Cl、 C3位于軌道上方，分別傾斜一定角度拍攝后、前端面圖像， 攝像機(jī)C2、 C4位于軌道上方兩側(cè)用于連續(xù)拍攝車廂通過時(shí)的圖片， 用于獲取車廂長度，攝像機(jī)C1、 C2、 C3、 C4分別與圖像釆集裝置l 連接，圖像采集裝置1與控制計(jì)算機(jī)2連接，圖像釆集裝置l用于對(duì) 攝像機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)2，控制計(jì)算內(nèi) 的軟件可以按實(shí)施例1中所述的方法得到車廂的長度，激光掃描儀器C5、 C6用于掃描車廂內(nèi)木材的外輪廓，位于軌道上方左右兩側(cè)，激光掃描儀器C5、 C6與轉(zhuǎn)換器3連接后接入控制計(jì)算機(jī)2，轉(zhuǎn)換器5用于將激光掃描儀獲取的距離值轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)值獲取木材外輪廓數(shù)據(jù)， 將外輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)2，由控制計(jì)算機(jī)2內(nèi)的軟件按實(shí)施 例l所述的方法計(jì)算木材橫截面面積，同時(shí)控制計(jì)算機(jī)2根據(jù)接收的 外輪廓數(shù)據(jù)還可以判斷車廂進(jìn)入與離開的信號(hào)，從而控制攝像機(jī)C2、 C4的啟動(dòng)與靜止。控制計(jì)算機(jī)可以將上述獲得的各個(gè)數(shù)據(jù)包括車 廂端面圖像數(shù)據(jù)、車廂長度數(shù)據(jù)、車廂橫截面數(shù)據(jù)、計(jì)算得到的木 材體積數(shù)據(jù)等通過交換機(jī)4發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器5上進(jìn)行保存，管理人 員登錄該服務(wù)器可以獲取到各個(gè)數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中由于行駛列車的 移動(dòng)速度很快，所以由攝像機(jī)C1、 C3拍攝的車廂內(nèi)木材的端面圖像 不是很準(zhǔn)確，所以在裝載木材是原木的情況不用該圖片按實(shí)施例2的 方法獲取原木橫截面面積，而是將拍攝的圖像由控制計(jì)算機(jī)2發(fā)送到 數(shù)據(jù)服務(wù)器5中存檔，由管理人員調(diào)出上述圖片獲取木材的種類，作 為管理木材的參數(shù)數(shù)據(jù)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān) 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明 的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法，用于對(duì)行駛列車中裝載的木材進(jìn)行監(jiān)管，其特征在于，該方法包括以下步驟用激光掃描裝置掃描行駛列車車廂，得到車廂中木材橫截面的外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述外形輪廓線數(shù)據(jù)獲取木材的橫截面面積；用攝像裝置連續(xù)拍攝列車車廂通過時(shí)的圖片，依據(jù)所拍攝的圖片獲取行駛列車的車廂長度；由所述木材的橫截面面積與所述車廂長度獲取木材的體積；根據(jù)獲得的所述木材的體積判斷是否超出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。
2、 如權(quán)利要求1所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于，所述 掃描裝置為激光掃描儀，所述外形輪廓線數(shù)據(jù)為掃描到的車廂中木材 輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)，掃描中獲取激光掃描儀的激光器與車廂中木材 輪廓線上各點(diǎn)的距離，經(jīng)坐標(biāo)變換得到所述車廂中木材輪廓線上各點(diǎn) 的坐標(biāo)。
3、 如權(quán)利要求2所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于，所述 木材為原木時(shí)，由所述車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)獲取所述輪廓 線與坐標(biāo)圍成的面積，將所述面積與數(shù)值范圍為0.96-0.98的系數(shù)乘 積，用于去除原木空隙占用的面積，得到所述原木的橫截面面積。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于， 所述攝像裝置為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，在激光掃描裝置掃描到車廂進(jìn)入與車廂 離開的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行連續(xù)拍攝，由所拍攝的圖片中特征區(qū)域的位移進(jìn) 行坐標(biāo)變換，得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離，由所述列車車廂移動(dòng)的 距離確定車廂長度。
5、 如權(quán)利要求4所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于，由所 述位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離的方法為獲取所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)所拍攝圖片中一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度；獲取所述位移所占用的像素?cái)?shù)目；由所述一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長度與像素?cái)?shù)目乘積獲得實(shí)際列車 車廂移動(dòng)的距離。
6、 如權(quán)利要求5所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于， 所述激光掃描儀的掃描頻率為60 80Hz，列車行駛過程中掃描得到車廂不同位置的木材橫截面外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述車廂不同位置的木材橫截面外形輪廓線數(shù)據(jù)，獲取車廂不同位置的木材的橫截 面面積；由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝的從車廂進(jìn)入與車廂離開時(shí)間段內(nèi)的圖片中， 獲取每相鄰兩張圖片中特征區(qū)域的位移，對(duì)所述位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的段距離；
7、 一種木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)，用于對(duì)行駛列車中裝載的木材進(jìn)行 監(jiān)管，其特征在于，該系統(tǒng)包括木材橫截面掃描單元，用于對(duì)行駛列車車廂進(jìn)行掃描，得到車廂 中木材橫截面的外形輪廓線數(shù)據(jù)，依據(jù)所述外形輪廓線數(shù)據(jù)獲取木材 的橫截面面積；車廂長度測(cè)量單元，用于對(duì)列車車廂通過時(shí)進(jìn)行連續(xù)拍攝，依據(jù) 所拍攝的圖片獲取行駛列車的車廂長度；木材體積獲取單元，用于由所述木材的橫截面面積與所述車廂長 度獲取木材的體積；木材體積監(jiān)管單元，用于根據(jù)獲得的所述木材的體積判斷是否超 出范圍，進(jìn)行監(jiān)管。
8、 如權(quán)利要求7所述的木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)，其特征在于，所述木材橫截面掃描單元包括激光掃描儀和橫截面面積求取單元，其中所述激光掃描儀，通過激光器掃描車廂，得到所述激光器與車廂中木材輪廓線上各點(diǎn)的距離，并發(fā)送到橫截面面積求取單元；所述橫截面面積求取單元，根據(jù)所述激光器與車廂中木材輪廓線 上各點(diǎn)的距離，設(shè)定坐標(biāo)并進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到所述車廂中木材輪廓 線上各點(diǎn)的坐標(biāo)，由所述坐標(biāo)獲取車廂內(nèi)木材的橫截面面積。
9、 如權(quán)利要求8所述的木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描儀為二維激光掃描儀，安裝在車廂上方的龍門框架或者支架 的兩側(cè)，所述龍門框架跨軌道設(shè)立，所述支架在軌道兩側(cè)位置。
10、 如權(quán)利要求7所述的木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)，其特征在于，所述 車廂長度測(cè)量單元包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、位移獲取裝置和車廂長度求取裝 置，其中數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，用于在車廂進(jìn)入和離開時(shí)間內(nèi)連續(xù)拍攝圖片，并將 拍攝的圖片發(fā)送到位移獲取裝置；位移獲取裝置，用于獲取所述圖片中特征區(qū)域的位移，對(duì)所述位移進(jìn)行坐標(biāo)變換得到實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離；車廂長度求取裝置，由實(shí)際列車車廂移動(dòng)的距離確定車廂長度。
11、 如權(quán)利要求io所述的木材自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)安裝在龍門架或者支架上，從列車上方在進(jìn)行拍攝，使 攝像機(jī)的視野可以覆蓋軌道。
12、 一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法，用于對(duì)堆場(chǎng)原木或靜止車輛中的裝 載原木進(jìn)行監(jiān)管，其特征在于，該方法包括以下步驟用攝像裝置拍攝所述堆場(chǎng)原木或所述裝載原木的端面圖像，依據(jù) 所述端面圖像獲取原木根數(shù)及每根原木的橫截面面積； 利用刻度尺測(cè)量原木的長度；由原木根數(shù)、每根原木的橫截面面積及原木長度獲取所述堆場(chǎng)原 木或裝載原木的材積；根據(jù)獲得的所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的材積判斷是否超出范圍， 進(jìn)行監(jiān)管。
13、 如權(quán)利要求12所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于，依據(jù)所述端面圖像獲取原木根數(shù)及每根原木的橫截面面積的方法為對(duì)所述端面圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像中原木的背景；對(duì)預(yù)處理后的端面圖像進(jìn)行圖像分割，獲取原木根數(shù)及每根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng)的區(qū)域；對(duì)分割后的端面圖像進(jìn)行輪廓提取，獲取每根原木在端面圖像中 對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓；根據(jù)所述每根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的輪廓，確定不同原木 端面的長短徑及中心，獲得所述堆場(chǎng)原木或裝載原木的橫截面面積。
14、 如權(quán)利要求13所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于，對(duì) 所述圖像分割包括步驟對(duì)所述端面圖像進(jìn)行霍夫變換，根據(jù)端面圖像中每根原木端面區(qū) 域?qū)?yīng)的霍夫變化峰值，確定每根原木端面區(qū)域的中心；設(shè)定以所述每根原木端面區(qū)域的中心為圓心的圓形模才反，獲取所 述圓形模板在不同直徑下與每根原木端面區(qū)域的匹配度；在匹配度大于設(shè)定閾值下終止匹配，確定匹配度最大的圓形模板 為匹配模板，落入所述匹配模板內(nèi)的區(qū)域?yàn)樵驹诙嗣鎴D像中對(duì)應(yīng)的 區(qū)域。
15、 如權(quán)利要求13所述的木材自動(dòng)監(jiān)管方法，其特征在于，對(duì) 分割后的端面圖像基于小波變換進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)所檢測(cè)的邊緣區(qū) 分可信點(diǎn)與不可信點(diǎn)，去除檢測(cè)到邊緣中的不可信點(diǎn)，對(duì)檢測(cè)到邊緣的可信點(diǎn)進(jìn)行插值來恢復(fù)邊緣輪廓，得到每根原木在端面圖像中對(duì)應(yīng) 區(qū)域的輪廓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種木材自動(dòng)監(jiān)管方法及系統(tǒng)，將激光輪廓檢測(cè)和機(jī)器視覺識(shí)別、圖像處理技術(shù)相結(jié)合，對(duì)于列車運(yùn)輸木材用激光掃描裝置掃描木材外形輪廓線來獲取裝載木材的橫截面面積；用機(jī)器視覺裝置獲取行駛列車的車廂長度，自動(dòng)獲得裝載木材體積，還提供對(duì)堆場(chǎng)原木或車輛裝載原木自動(dòng)監(jiān)管的方法，對(duì)原木的端面進(jìn)行掃描，依據(jù)端面圖像獲取每個(gè)原木的橫截面面積，根據(jù)木材長度進(jìn)而求得原木材積，實(shí)現(xiàn)了木材自動(dòng)監(jiān)管。本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)應(yīng)用于海關(guān)降低了海關(guān)等系統(tǒng)人工檢查強(qiáng)度，提高檢查準(zhǔn)確率，有效打擊走私犯罪。
文檔編號(hào)G01B11/00GK101281021SQ20081010653
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者公建寧, 勝 張, 曲海波, 武啟平, 薛江云, 杰 趙 申請(qǐng)人:天恒威科技(北京)有限公司