本發(fā)明涉及一種基于雙目立體視覺的物體三維尺寸簡便測(cè)量方法，屬于測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

物體的幾何尺寸信息對(duì)于運(yùn)輸和倉儲(chǔ)是非常重要的，可以用于解決貨物堆放的最優(yōu)化問題。在實(shí)際操作過程中，為了滿足掃描的拍攝要求，需要操作人員圍繞貨物選擇角度，或者搬動(dòng)貨物以獲得需要的拍攝角度，對(duì)于實(shí)際操作帶來很大的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于雙目立體視覺的物體三維尺寸簡便測(cè)量方法。該方案利用立體視覺技術(shù)快速測(cè)量商品的三維尺寸，采用智能識(shí)別算法，自動(dòng)識(shí)別拍攝角度，基于對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度好。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于雙目立體視覺的物體三維尺寸簡便測(cè)量方法，包括手持式三維掃描儀，所述的手持式三維掃描儀包括機(jī)殼和安裝在所述的機(jī)殼內(nèi)部的電子控制裝置，所述的電子控制裝置包括電源模塊，進(jìn)行集中控制的處理器，與所述的處理器連接的第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭，設(shè)置在所述的機(jī)殼的前部，以固定間距進(jìn)行水平放置，用于采集紅外視覺信息，與所述的處理器連接的紅外結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，設(shè)置在所述的第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭之間，用于發(fā)射網(wǎng)狀主動(dòng)紅外光，與所述的處理器連接的人機(jī)界面，包括按鍵和lcd顯示器，用于指令輸入和信息顯示，所述的處理器內(nèi)部設(shè)置環(huán)境深度計(jì)算算法和物體三維尺寸測(cè)量算法，所述的物體三維尺寸測(cè)量算法包括以下步驟：

(1)首先，將所述的手持式三維掃描儀對(duì)準(zhǔn)物體進(jìn)行拍攝，所述的環(huán)境深度計(jì)算算法輸出當(dāng)前場(chǎng)景的深度信息f(x，y)＝(x，y，z)，其中x，y為圖像坐標(biāo)，x∈(0，u)，y∈(0，v)，x，y，z是以所述的第一紅外攝像頭為原點(diǎn)的世界坐標(biāo)；

(2)利用邊緣搜索算法提取物體頂部的邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)，并從邊緣點(diǎn)中提取兩側(cè)的端點(diǎn)a：fa(xa，ya)，和端點(diǎn)b：fb(xb，yb)，以及中間點(diǎn)m：fm(xm，ym)，其中xa＝max(xe)，xb＝min(xe)，xm＝(xa+xb)/2；

(3)沿著端點(diǎn)a，向下搜索物體的端點(diǎn)c：fc(xc，yc)滿足|fc(xc，yc)|＝max|f(x，y)|＝max(x²+y²+z²)^1/2，其中xc＝xa，yc＜ya；沿著端點(diǎn)b，向下搜索物體的端點(diǎn)d：fd(xd，yd)，滿足|fd(xd，yd)|＝max|f(x，y)|＝max(x²+y²+z²)^1/2，其中xd＝xb，yd＜yb；

(4)取端點(diǎn)a和端點(diǎn)c的中間點(diǎn)e：fe(xa，(ya+yc)/2)，沿著中間點(diǎn)e向左搜索極值點(diǎn)g：fg(xg，yg)，滿足yg＝y(tǒng)e，同時(shí)，|fg(xg，yg)|＞|fg(xg+1，yg)|和|fg(xg，yg)|＞|fg(xg-1，yg)|，然后進(jìn)入步驟(5)；如果搜索到中間點(diǎn)f：ff(xb，(ya+yc)/2)，還沒找到極值點(diǎn)則進(jìn)入步驟(6)；

(5)計(jì)算邊長lac＝sqrt((xa-xc)²+(ya-yc)²+(za-zc)²)，lag＝sqrt((xa-xg)²+(ya-yg)²+(za-zg)²)，lcg＝sqrt((xc-xg)²+(yc-yg)²+(zc-zg)²)，利用余弦定理計(jì)算極值點(diǎn)g到邊ac的垂直距離lg⊥ac＝lag*sin(arcos((l²ac+l²ag-l²cg)/2lac*lag))，同樣計(jì)算，邊長lbd＝sqrt((xb-xd)²+(yb-yd)²+(zb-zd)²)，lbg＝sqrt((xb-xg)²+(yb-yg)²+(zb-zg)²)，ldg＝sqrt((xd-xg)²+(yd-yg)²+(zd-zg)²)，利用余弦定理計(jì)算極值點(diǎn)g到邊bd的垂直距離lg⊥bd＝lbg*sin(arcos((l²bd+l²bg-l²dg)/2lbd*lbg))，即得到物體的長l＝lg⊥ac，寬w＝lg⊥bd，高h(yuǎn)＝lac，結(jié)束測(cè)量；

(6)中間點(diǎn)m與端點(diǎn)a和端點(diǎn)b組成三角形，計(jì)算邊長lab＝sqrt((xa-xb)²+(ya-yb)²+(za-zb)²)，lam＝sqrt((xa-xm)²+(ya-ym)²+(za-zm)²)，lbm＝sqrt((xb-xm)²+(yb-ym)²+(zb-zm)²)，利用余弦定理計(jì)算中間點(diǎn)m到邊ab的垂直距離lm⊥ab＝lam*sin(arcos((l²ab+l²am-l²bm)/2lab*lam))；如果lm⊥ab＞5％*lab，則物體的長l＝lm⊥ab，寬w＝lab，高h(yuǎn)＝lac＝sqrt((xa-xc)²+(ya-yc)²+(za-zc)²)，結(jié)束測(cè)量；如果lm⊥ab＜5％*lab，進(jìn)入步驟(7)；

(7)通過所述的人機(jī)界面，提示重新選擇角度進(jìn)行測(cè)量，并返回步驟(1)。

所述的邊緣搜索算法包括以下步驟：

(2-1)沿著y軸從下到上，沿著x軸從左向右搜索，如果abs(|f(x，y)|-|f(x，y+1)|)＞tedge，則標(biāo)記為邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)，tedge為經(jīng)驗(yàn)閾值；

(2-2)在邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)中搜索距離最小點(diǎn)，femin(xemin，yemin)：|femin(xemin，yemin))|＝min|fe(xe，ye)|＝min(xe²+ye²+ze²)^1/2，如果femin(xemin，yemin)的左側(cè)是邊緣點(diǎn)，即femin(xemin-1，yemin)∈fe(xe，ye)或者femin(xemin-1，yemin±1)∈fe(xe，ye)，則向左繼續(xù)搜索邊緣點(diǎn)，或者femin(xemin，yemin)的右側(cè)是邊緣點(diǎn)femin(xemin+1，yemin)∈fe(xe，ye)或者femin(xemin+1，yemin±1)∈fe(xe，ye)，則向右繼續(xù)搜索邊緣點(diǎn)，這些相鄰的邊緣點(diǎn)標(biāo)記為fe(xe，ye)；如果femin(xemin，yemin)的兩側(cè)沒有邊緣點(diǎn)，則將femin(xemin，yemin)從邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)中刪除，重新執(zhí)行步驟(2-2)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：1、自動(dòng)識(shí)別拍攝角度，并進(jìn)行物體三維尺寸測(cè)量；2、測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度好。

附圖說明

圖1是小件物體的側(cè)面測(cè)量示意圖；

圖2是大件物體的側(cè)面測(cè)量示意圖；

圖3是小件物體的正面測(cè)量示意圖；

圖4是大件物體的正面測(cè)量示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

參照?qǐng)D1-4，一種基于雙目立體視覺的物體三維尺寸簡便測(cè)量方法，包括手持式三維掃描儀，所述的手持式三維掃描儀包括機(jī)殼和安裝在所述的機(jī)殼內(nèi)部的電子控制裝置，所述的電子控制裝置包括電源模塊，進(jìn)行集中控制的處理器，與所述的處理器連接的第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭，設(shè)置在所述的機(jī)殼的前部，以固定間距進(jìn)行水平放置，用于采集紅外視覺信息，為三維信息計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)，與所述的處理器連接的紅外結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，設(shè)置在所述的第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭之間，用于發(fā)射網(wǎng)狀主動(dòng)紅外光，增加環(huán)境物體的表面紋理，與所述的處理器連接的人機(jī)界面，包括按鍵和lcd顯示器，用于指令輸入和信息顯示，所述的處理器內(nèi)部設(shè)置環(huán)境深度計(jì)算算法和物體三維尺寸測(cè)量算法，所述的環(huán)境深度計(jì)算算法提取環(huán)境的深度信息，可采用成熟算法，所述的物體三維尺寸測(cè)量算法包括以下步驟：

(1)首先，將所述的手持式三維掃描儀對(duì)準(zhǔn)物體進(jìn)行拍攝，所述的環(huán)境深度計(jì)算算法輸出當(dāng)前場(chǎng)景的深度信息f(x，y)＝(x，y，z)，其中x，y為圖像坐標(biāo)，x∈(0，u)，y∈(0，v)，x，y，z是以所述的第一紅外攝像頭為原點(diǎn)的世界坐標(biāo)；

其中，u，v為圖像的最大寬度和最大高度。

(2)利用邊緣搜索算法提取物體頂部的邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)，并從邊緣點(diǎn)中提取兩側(cè)的端點(diǎn)a：fa(xa，ya)，和端點(diǎn)b：fb(xb，yb)，以及中間點(diǎn)m：fm(xm，ym)，其中xa＝max(xe)，xb＝min(xe)，xm＝(xa+xb)/2；

在測(cè)量的時(shí)候，物體是單獨(dú)放置的，因此與背景之間存在隔開的距離，物體成像以后與背景存在深度差，很容易找到物體與背景的邊界，這個(gè)邊界就成為物體測(cè)量的首要特征。

(3)沿著端點(diǎn)a，向下搜索物體的端點(diǎn)c：fc(xc，yc)滿足|fc(xc，yc)|＝max|f(x，y)|＝max(x²+y²+z²)^1/2，其中xc＝xa，yc＜ya；沿著端點(diǎn)b，向下搜索物體的端點(diǎn)d：fd(xd，yd)，滿足|fd(xd，yd)|＝max|f(x，y)|＝max(x²+y²+z²)^1/2，其中xd＝xb，yd＜yb；

由于物體是放置在地面或者平臺(tái)上，在物體與地面或者平臺(tái)的交界處存在一個(gè)極值點(diǎn)，也就是局部最大點(diǎn)，這個(gè)也是物體測(cè)量的重要特征

(4)取端點(diǎn)a和端點(diǎn)c的中間點(diǎn)e：fe(xa，(ya+yc)/2)，沿著中間點(diǎn)e向左搜索極值點(diǎn)g：fg(xg，yg)，滿足yg＝y(tǒng)e，同時(shí)，|fg(xg，yg)|＞|fg(xg+1，yg)|和|fg(xg，yg)|＞|fg(xg-1，yg)|，然后進(jìn)入步驟(5)；如果搜索到中間點(diǎn)f：ff(xb，(ya+yc)/2)，還沒找到極值點(diǎn)則進(jìn)入步驟(6)；

對(duì)于可以同時(shí)觀測(cè)到兩個(gè)側(cè)面的情況，比如圖1和圖2，在交界的邊線上存在局部的極值點(diǎn)；而對(duì)于圖3和圖4的情況，只能觀測(cè)到1個(gè)側(cè)面，則不存在局部的極值點(diǎn)，只能尋找其他的特征。

(5)計(jì)算邊長lac＝sqrt((xa-xc)²+(ya-yc)²+(za-zc)²)，lag＝sqrt((xa-xg)²+(ya-yg)²+(za-zg)²)，lcg＝sqrt((xc-xg)²+(yc-yg)²+(zc-zg)²)，利用余弦定理計(jì)算極值點(diǎn)g到邊ac的垂直距離lg⊥ac＝lag*sin(arcos((l²ac+l²ag-l²cg)/2lac*lag))，同樣計(jì)算，邊長lbd＝sqrt((xb-xd)²+(yb-yd)²+(zb-zd)²)，lbg＝sqrt((xb-xg)²+(yb-yg)²+(zb-zg)²)，ldg＝sqrt((xd-xg)²+(yd-yg)²+(zd-zg)²)，利用余弦定理計(jì)算極值點(diǎn)g到邊bd的垂直距離lg⊥bd＝lbg*sin(arcos((l²bd+l²bg-l²dg)/2lbd*lbg))，即得到物體的長l＝lg⊥ac，寬w＝lg⊥bd，高h(yuǎn)＝lac，結(jié)束測(cè)量；

對(duì)于圖1和圖2的情況，基于兩點(diǎn)間的距離公式和余弦定理，可以計(jì)算出物體的長寬高。

(6)中間點(diǎn)m與端點(diǎn)a和端點(diǎn)b組成三角形，計(jì)算邊長lab＝sqrt((xa-xb)²+(ya-yb)²+(za-zb)²)，lam＝sqrt((xa-xm)²+(ya-ym)²+(za-zm)²)，lbm＝sqrt((xb-xm)²+(yb-ym)²+(zb-zm)²)，利用余弦定理計(jì)算中間點(diǎn)m到邊ab的垂直距離lm⊥ab＝lam*sin(arcos((l²ab+l²am-l²bm)/2lab*lam))；如果lm⊥ab＞5％*lab，則物體的長l＝lm⊥ab，寬w＝lab，高h(yuǎn)＝lac＝sqrt((xa-xc)²+(ya-yc)²+(za-zc)²)，結(jié)束測(cè)量；如果lm⊥ab＜5％*lab，進(jìn)入步驟(7)；

對(duì)于圖3的情況，物體的頂面是可見的，同樣可以利用兩點(diǎn)間的距離公式和余弦定理計(jì)算物體的長寬高；但是對(duì)于圖4，屬于只能觀測(cè)到一個(gè)面的情況，不能計(jì)算出物體的所有參數(shù)。

在步驟(6)中，通過中間點(diǎn)m到邊ab的垂直距離lm⊥ab來判斷頂面的可見程度，如果太小而影響測(cè)量精度，也是建議重新調(diào)整拍攝角度。

(7)通過所述的人機(jī)界面，提示重新選擇角度進(jìn)行測(cè)量，并返回步驟(1)。

在步驟(2)中所使用的邊緣搜索算法包括以下步驟：

(2-1)沿著y軸從下到上，沿著x軸從左向右搜索，如果abs(|f(x，y)|-|f(x，y+1)|)＞tedge，則標(biāo)記為邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)，tedge為經(jīng)驗(yàn)閾值；

(2-2)在邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)中搜索距離最小點(diǎn)，femin(xemin，yemin)：|femin(xemin，yemin))|＝min|fe(xe，ye)|＝min(xe²+ye²+ze²)^1/2，如果femin(xemin，yemin)的左側(cè)是邊緣點(diǎn)，即femin(xemin-1，yemin)∈fe(xe，ye)或者femin(xemin-1，yemin±1)∈fe(xe，ye)，則向左繼續(xù)搜索邊緣點(diǎn)，或者femin(xemin，yemin)的右側(cè)是邊緣點(diǎn)femin(xemin+1，yemin)∈fe(xe，ye)或者femin(xemin+1，yemin±1)∈fe(xe，ye)，則向右繼續(xù)搜索邊緣點(diǎn)，這些相鄰的邊緣點(diǎn)標(biāo)記為fe(xe，ye)；如果femin(xemin，yemin)的兩側(cè)沒有邊緣點(diǎn)，則將femin(xemin，yemin)從邊緣點(diǎn)fe(xe，ye)中刪除，重新執(zhí)行步驟(2-2)。

最終提取出物體上部與背景的邊界，以及三個(gè)特征點(diǎn)。

在實(shí)際使用時(shí)，只需將所述的手持式三維掃描儀對(duì)準(zhǔn)待掃描的物體，物體的三維尺寸就自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，極個(gè)別的情況下，由于拍攝角度的原因無法測(cè)量，再根據(jù)提示進(jìn)行位置和角度的調(diào)整，完成測(cè)量。