一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法和装置，该方法包括：对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取后，将提取出的原木三维点云进行融合和滤波，以得到第一原木三维点云；对第一原木三维点云进行逐块横向切片，以获得若干个切片圆弧；对若干个切片圆弧进行圆拟合，以得到所有拟合得到的圆的圆心点；将所有圆心点分别向平行原木传输带方向和原木传输带侧向方向投影后，对投影方向的离散点进行曲线拟合，根据拟合曲线的曲率确定出原木的弯曲点及其弯曲度。该装置包括用于执行上述定位方法的处理器。本发明专利技术能实现弯曲木头切分点的自动定位选择，提高原木利用率且减少加工操作，自动化水平高，可广泛应用于木材加工领域中。

A Wood Cutting Point Location Method and Device Based on Log Curvature

The invention discloses a method and device for locating wood cutting points based on log curvature. The method includes: after extracting three-dimensional point clouds of logs from several frames of three-dimensional images, the extracted three-dimensional point clouds of logs are fused and filtered to obtain the first log three-dimensional point clouds; and the first log three-dimensional point clouds are sliced transversely one by one to obtain several slice circles. Arc; Arc fitting of several slice arcs to get the center points of all the fitted circles; after projecting all the center points to the direction parallel to the log conveyor belt and the side direction of the log conveyor belt, curve fitting of the discrete points in the projection direction is carried out, and the bending point and its bending degree of the log are determined according to the curvature of the fitting curve. The device includes a processor for performing the above positioning method. The invention can realize the automatic positioning and selection of cutting points of curved wood, improve the utilization ratio of logs and reduce the processing operation, and has high automation level, and can be widely used in the field of wood processing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法和装置
本专利技术涉及木材加工
，尤其涉及一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法和装置。
技术介绍
原木是自然生长的木材，其形状不一定是笔直的圆柱，其具有扭曲度、顺弯度、瓦弯度、和/或树干形状的凹兜和大兜等缺陷。而这类缺陷会有损于原木的材质，因此会降低成材的出材率，且在加工时纤维易被切断，这样则会降低木材的强度，尤其对抗弯、顺纹抗拉和顺纹抗压强度的影响最为明显。对于原木弯曲度，其经验公式为f＝(H/C)×100％，其中，H为原木最大弯曲高度，C为原木内曲面水平长度；而其近似公式则为h≈C2/8r，其中，h为原木弯曲矢高，r为原木轴心水平半径。由上式可表明得出，弯曲矢高跟内曲面水平长度平方成正比，当原木内曲面水平长度减小一半时，原木弯曲矢高则会减少为原来四分之一，因此通过减小弯曲长度，即将弯曲原木适当截短，这样能够提高原木等级和出材率。可见，提供一种可自动准确地基于弯曲度进行原木切分点定位以实现木材切分的方案，这是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法和装置，可自动准确地进行木材切分点的定位。鉴于此，本专利技术一方面采用的技术方案是：一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，包括以下步骤：S1、利用最小包围盒来控制三维拍摄设备进行图像采集，以获取得到若干帧原木三维图像；S2、利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取后，将从若干帧原木三维图像中提取出的原木三维点云进行融合，对融合后得到的原木三维点云进行滤波处理后得到第一原木三维点云；S3、对第一原木三维点云进行逐块横向切片，以获得若干个切片圆弧；S4、对得到的若干个切片圆弧进行圆拟合，以得到所有拟合得到的圆的圆心点；S5、将得到的所有圆心点分别向平行原木传输带方向和原木传输带侧向方向进行投影后，对投影方向的离散点进行曲线拟合，求取拟合曲线的曲率，从而根据拟合曲线的曲率，确定出原木的弯曲点及弯曲点所对应的弯曲度。进一步，所述三维拍摄设备用于设置在原木传输带上方并垂直向下对原木进行拍照。进一步，所述最小包围盒的构建步骤包括：利用原木传输带的表面来确定出最小包围盒的底面、顶面、宽度和高度；利用原木传输带的侧边来确定出最小包围盒的侧面；利用原木的预测长度来确定出最小包围盒的长度。进一步，所述步骤S1，其包括：当原木从左至右传输且原木触碰到最小包围盒的右侧面时，则控制三维拍摄设备对原木进行若干次拍摄，以获取得到若干帧原木三维图像。进一步，所述利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取这一步骤，其包括：利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取后，以最小包围盒的左前下方的顶点作为坐标原点o，从而将提取出的原木三维点云进行坐标平移。进一步，所述步骤S3，其包括：求取若干个切分平面与第一原木三维点云之间的交点；其中，若干个切分平面均与yoz平面平行且对应的x坐标不相同；x为坐标系的横轴，以表示原木传输带运行的平行方向；y为坐标系的纵轴，以表示与原木传输带运行方向垂直的方向；z为坐标系的z轴，以表示原木传输带表面的法向量；将每一个切分平面上的交点形成圆弧后，获得若干个切片圆弧。进一步，所述步骤S4，其具体为：利用最小二乘拟合圆方式对得到的若干个切片圆弧进行圆拟合，以得到所有拟合得到的圆的圆心点。进一步，所述将得到的所有圆心点分别向平行原木传输带方向和原木传输带侧向方向进行投影后，对投影方向的离散点进行曲线拟合这一步骤，其包括：将得到的所有圆心点分别向xoy平面和xoz平面进行投影后，得到各个投影平面的投影点序列；利用离散函数的最佳平方计算方法来对各个投影平面的投影点序列进行曲线拟合。进一步，所述根据拟合曲线的曲率，确定出原木的弯曲点及弯曲点所对应的弯曲度这一步骤，其包括：从求取出的拟合曲线的曲率中找出各个拐点值；根据各个拐点值来确定出原木的弯曲点及弯曲点所对应的弯曲度。鉴于此，本专利技术另一方面采用的技术方案是：一种基于原木弯曲度的木材切分点定位装置，包括三维拍摄设备以及与三维拍摄设备连接的控制器；所述控制器包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对获取得到的原木三维点云进行逐块横向切片，以获得若干个切片圆弧，然后对得到的若干个切片圆弧进行圆拟合，以得到所有拟合得到的圆的圆心点，最后将得到的所有圆心点分别向平行原木传输带方向和原木传输带侧向方向进行投影后，对投影方向的离散点进行曲线拟合，求取拟合曲线的曲率，从而根据拟合曲线的曲率，确定出原木的弯曲点及弯曲点所对应的弯曲度，因此由此可见，通过使用本专利技术，能够自动快速且准确地对原木进行弯曲点的检测定位并得到弯曲点所对应的弯曲度，这样便可实现弯曲木头切分点的自动选择，既可以最大限度地利用原木，又能大幅度减少人工原木材优选加工操作，极大地提高了原木加工自动化水平。附图说明图1是本专利技术一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法的步骤流程图；图2是三维拍摄设备的设置示意图；图3是以最小包围盒的左前下方的顶点作为坐标原点的坐标系示意图；图4是本专利技术一种基于原木弯曲度的木材切分点定位装置的结构示意图。1、三维拍摄设备；2、原木传输带。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。而且以下实施例中所提及到的“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”仅用于相对位置关系的清楚描述，并不是绝对位置关系，可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。。如图1所示，一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其包括以下步骤。步骤S101、利用最小包围盒来控制三维拍摄设备1进行图像采集，以获取得到若干帧原木三维图像，其中，所述三维拍摄设备1设置在原木传输带2上方以用于垂直向下对原木进行拍照，如图2所示。具体地，所述三维拍摄设备1优选设置在原木传输带2的正上方，其拍摄方向垂直向下以对原木进行图像采集，这样能够采集到更好的原木图像，为后续的处理提供可靠的数据源。因此进一步作为本实施例的优选实施方式，所述三维拍摄设备1的设置步骤可包括有：S1011、将三维拍摄设备1的镜头平行于原木传输带2表面，且固定于原木传输带2正上方约2米的地方；S1012、依据三维拍摄设备1的抓取窗口来微调三维拍摄设备1的悬挂高度，确保在抓取窗口中能获取原木完整的外形。此外，由于从三维拍摄设备1拍摄的图像所提取出的三维点云会包含大量背景噪声，数据量不仅非常大且不利于后续原木的弯曲度检测定位，因此需要精确抓取原木的三维点云。而为了达到精确抓取原木三维点云的效果，本专利技术实施例通过寻找能完全覆盖原木三维点云的最小包围盒来实现。而在本实施例中，所述最小包围盒的形状优选为立方体，其优选构建步骤具体包括有：S1013、利用原木传输带2的表面来确定出最小包围盒的底面、顶面、宽度和高度；S1014、利用原木传输带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用最小包围盒来控制三维拍摄设备进行图像采集，以获取得到若干帧原木三维图像；S2、利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取后，将从若干帧原木三维图像中提取出的原木三维点云进行融合，对融合后得到的原木三维点云进行滤波处理后得到第一原木三维点云；S3、对第一原木三维点云进行逐块横向切片，以获得若干个切片圆弧；S4、对得到的若干个切片圆弧进行圆拟合，以得到所有拟合得到的圆的圆心点；S5、将得到的所有圆心点分别向平行原木传输带方向和原木传输带侧向方向进行投影后，对投影方向的离散点进行曲线拟合，求取拟合曲线的曲率，从而根据拟合曲线的曲率，确定出原木的弯曲点及弯曲点所对应的弯曲度。

【技术特征摘要】
1.一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用最小包围盒来控制三维拍摄设备进行图像采集，以获取得到若干帧原木三维图像；S2、利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取后，将从若干帧原木三维图像中提取出的原木三维点云进行融合，对融合后得到的原木三维点云进行滤波处理后得到第一原木三维点云；S3、对第一原木三维点云进行逐块横向切片，以获得若干个切片圆弧；S4、对得到的若干个切片圆弧进行圆拟合，以得到所有拟合得到的圆的圆心点；S5、将得到的所有圆心点分别向平行原木传输带方向和原木传输带侧向方向进行投影后，对投影方向的离散点进行曲线拟合，求取拟合曲线的曲率，从而根据拟合曲线的曲率，确定出原木的弯曲点及弯曲点所对应的弯曲度。2.根据权利要求1所述一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其特征在于，所述三维拍摄设备用于设置在原木传输带上方并垂直向下对原木进行拍照。3.根据权利要求1所述一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其特征在于，所述最小包围盒的构建步骤包括：利用原木传输带的表面来确定出最小包围盒的底面、顶面、宽度和高度；利用原木传输带的侧边来确定出最小包围盒的侧面；利用原木的预测长度来确定出最小包围盒的长度。4.根据权利要求1所述一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其特征在于，所述步骤S1，其包括：当原木从左至右传输且原木触碰到最小包围盒的右侧面时，则控制三维拍摄设备对原木进行若干次拍摄，以获取得到若干帧原木三维图像。5.根据权利要求1所述一种基于原木弯曲度的木材切分点定位方法，其特征在于，所述利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取这一步骤，其包括：利用最小包围盒对若干帧原木三维图像进行原木三维点云的提取后，以最小包围盒的左前下方的顶点作为坐标原点o，从而将提取出的原木三维点云进行坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素敏，尹令，刘财兴，田绪红，夏玥，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44