一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统技术方案

一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统，包括5K图像实时采集传输子系统以及体积计算与可视化子系统，5K图像实时采集传输子系统包括若干个布置在待测浮空器周围的5K图像实时采集设备，5K图像实时采集设备均包括双目视觉模块、监控相机模块和激光测距模块；体积计算与可视化子系统包括数字图像处理模块、数据交换模块以及显示模块，数据交换模块具有光纤交换机、串口通讯服务器和图像采集器；光纤交换机和串口通讯服务器分别连接数字图像处理模块，显示模块包括第一显示器和第二显示器，第一显示器与数字图像处理模块的输出端相连，第二显示器与图像采集器的输出端相连。本发明专利技术的系统结构简单，数据处理速度快，获取结果准确可靠。取结果准确可靠。取结果准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统


[0001]本专利技术属于非接触体积测量
，具体涉及一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统。

技术介绍

[0002]实时监测目标体积在日常生产、生活和工程中都具有重要价值。传统的目标体积计算方法主要包括称重法、排液法、气体法、精密量具法等，但上述方法大多都属于接触式测量方法，对于被测量的目标体积和规格要求比较严格，通常只适用于小型静态目标的体积检测和测量，对于体积较大的目标无法有效实时获取体积信息，难以完成体积监测任务。在实际应用场景中，传统的体积计算方法在面对不规则、体积较大的目标时表现乏力，很多时候无法得到目标的准确体积信息，并不能很好的适应实际需求。
[0003]随着计算机数据处理能力和数字图像视觉处理应用技术的不断进步和提升，双目立体视觉作为一种新兴的体积计算方法具有广阔的发展空间。通过机器视觉使用图像中蕴含的目标信息完成体积计算任务，在生产生活中具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统，有效实现对大型浮空器的非接触式体积测量和实时动态管理。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0006]一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统，包括5K图像实时采集传输子系统以及体积计算与可视化子系统，所述的5K图像实时采集传输子系统和体积计算与可视化子系统之间连接光纤传输线、同轴线缆以及双绞线缆；所述的5K图像实时采集传输子系统包括若干个布置在待测浮空器周围的5K图像实时采集设备，所述的5K图像实时采集设备均包括双目视觉模块、监控相机模块和激光测距模块，所述的双目视觉模块包括第一数字相机和第二数字相机，以及分别连接在第一数字相机和第二数字相机上的第一光电转换器和第二光电转换器；所述的5K图像实时采集设备设置有双目视觉模块输出接口、监控相机模块输出接口和激光测距模块输出接口，所述的双目视觉模块输出接口与光纤传输线相连，监控相机模块输出接口与同轴线缆相连，激光测距模块输出接口与双绞线缆相连；所述的体积计算与可视化子系统包括数字图像处理模块、数据交换模块以及显示模块，数据交换模块具有光纤交换机、串口通讯服务器和图像采集器，光纤交换机具有连接光纤传输线的交换机多路输入接口，串口通讯服务器具有连接双绞线缆的服务器多路输入接口，图像采集器具有连接同轴线缆的图像采集多路输入接口；光纤交换机和串口通讯服务器的输出端分别通过以太网接口连接数字图像处理模块，显示模块包括第一显示器和第二显示器，第一显示器通过HDMI数据线与数字图像处理模块的输出端相连，第二显示器与图像采集器的输出端相连。
[0007]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的数字图像处理模块包括按照数
据流向依次设置的：图像校正子模块、图像分割子模块、立体匹配并行加速计算子模块、三维重建子模块、点云拼接子模块以及体积加速计算子模块。
[0008]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的图像校正子模块接收双目视觉模块采集到的图像，采用张正友标定法对标定板进行标定获取双目相机内外参数，建立双目视觉成像坐标系与世界坐标系之间的关系。
[0009]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的图像分割子模块采用基于均值漂移的双目差分图像分割算法进行图像分割。
[0010]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的立体匹配并行加速计算子模块采用基于自适应阈值极线距离变换的立体匹配算法实现双目图像的立体匹配，获取得到视差图。
[0011]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的三维重建子模块利用相机坐标系和世界坐标系的关系，将视差图中每个像素点所对应的三维信息求解出来，由此完成三维重建。
[0012]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的点云拼接子模块采用切片法进行点云拼接，切片法指将不同视角的点云，基于若干个5K图像实时采集设备之间的物理位置关系得到每组点云数据相较于基准点的旋转矩阵和平移矩阵，利用所述的旋转矩阵和平移矩阵进行转换，由此完成点云拼接。
[0013]作为本专利技术实时监测系统的一种优选方案，所述的体积加速计算子模块将点云沿着深度方向等距离切片，并将每一个切片内的点看作是位于同一平面上的点，对每个切片中的点求取外界多边形，并计算多边形的面积，最后通过积分得到点云整体体积；所述的体积加速计算子模块包括由CPU组合GPU搭建的异构计算平台，通过CUDA并行编程的方式进行实时计算。
[0014]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0015]对于体积较大的浮空器来说，在难以直接测量目标体积的情况下，为了实时获得目标体积，本专利技术的监测系统采用双目立体视觉计算目标的三维点云模型并求解出目标体积的方法。首先，在待测浮空器周围设置一定数量的5K图像实时采集设备，利用每组双目视觉模块得到的图像进行点云计算。得到所有拍照点位的点云之后，利用点云拼接技术将所有计算得到的点云拼接到一个统一的坐标系中，最终在统一坐标系下实现体积的求解，同时，对每组双目视觉模块拍摄的区域进行统一展示，方便用户实时查看目标的局部状态。由此，可以做到实时监测目标并且实时输出目标的体积数据。本专利技术的激光测距模块，利用激光测距的原理，采集浮空器的距离数据并将数据返回给体积计算与可视化子系统，为后续的立体匹配算法提供先验信息，提高了立体匹配的效率。第一显示器与数字图像处理模块的输出端相连，用于对全部双目视觉模块采集到的双目图像进行运算处理并显示计算得到的目标点云结果和体积计算结果。第二显示器与图像采集器的输出端相连，用于实时显示待测浮空器的位置和姿态信息。本专利技术的系统结构简单，数据处理速度快，获取结果准确可靠。
附图说明
[0016]图1本专利技术基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统的硬件连接图；
[0017]图2本专利技术5K图像实时采集设备的结构图；
[0018]图3本专利技术体积计算与可视化子系统的结构图；
[0019]图4本专利技术数字图像处理模块的结构示意图；
[0020]图5本专利技术体积加速计算子模块求解体积的方法流程图。
[0021]附图中：1
‑
5K图像实时采集传输子系统；2
‑
体积计算与可视化子系统；3
‑
光纤传输线；4
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同轴线缆；5
‑
双绞线缆；6
‑
5K图像实时采集设备；7
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双目视觉模块；8
‑
监控相机模块；9
‑
激光测距模块；10
‑
双目视觉模块输出接口；11
‑
监控相机模块输出接口；12
‑
激光测距模块输出接口；13
‑
第一电源接口；14
‑
第一数字相机；15
‑
第二数字相机；16
‑
第一光电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统，其特征在于：包括5K图像实时采集传输子系统(1)以及体积计算与可视化子系统(2)，所述的5K图像实时采集传输子系统(1)和体积计算与可视化子系统(2)之间连接光纤传输线(3)、同轴线缆(4)以及双绞线缆(5)；所述的5K图像实时采集传输子系统(1)包括若干个布置在待测浮空器周围的5K图像实时采集设备(6)，所述的5K图像实时采集设备(6)均包括双目视觉模块(7)、监控相机模块(8)和激光测距模块(9)，所述的双目视觉模块(7)包括第一数字相机(14)和第二数字相机(15)，以及分别连接在第一数字相机(14)和第二数字相机(15)上的第一光电转换器(16)和第二光电转换器(17)；所述的5K图像实时采集设备(6)设置有双目视觉模块输出接口(10)、监控相机模块输出接口(11)和激光测距模块输出接口(12)，所述的双目视觉模块输出接口(10)与光纤传输线(3)相连，监控相机模块输出接口(11)与同轴线缆(4)相连，激光测距模块输出接口(12)与双绞线缆(5)相连；所述的体积计算与可视化子系统(2)包括数字图像处理模块、数据交换模块以及显示模块，数据交换模块具有光纤交换机(31)、串口通讯服务器(32)和图像采集器(33)，光纤交换机(31)具有连接光纤传输线(3)的交换机多路输入接口(311)，串口通讯服务器(32)具有连接双绞线缆(5)的服务器多路输入接口(321)，图像采集器(33)具有连接同轴线缆(4)的图像采集多路输入接口(331)；光纤交换机(31)和串口通讯服务器(32)的输出端分别通过以太网接口连接数字图像处理模块，显示模块包括第一显示器(41)和第二显示器(42)，第一显示器(41)与数字图像处理模块的输出端相连，第二显示器(42)与图像采集器(33)的输出端相连。2.根据权利要求1所述基于双目视觉的大型浮空器体积实时监测系统，其特征在于，所述的数字图像处理模块包括按照数据流向依次设置的：图...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，杨朝旭，荣海军，陶思宇，王瑞，刘馨媛，黄辉，张少杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：