一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法及系统，该方法包括：获取待测凹陷物体的深度图像；通过误差函数对深度图像的深度值进行补偿处理，得到补偿后的深度图像；根据补偿后的深度图像遍历寻找凹陷物体的凹陷区域，并计算凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积；对凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积进行作差处理，得到凹陷物体的最终体积。通过使用本发明专利技术，能够通过对多全方位的深度图像进行补偿以提高凹陷物体的体积计算结果精度。本发明专利技术作为一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法及系统，可广泛应用于摄影测量技术领域。术领域。术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及摄影测量
，尤其涉及一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法及系统。

技术介绍

[0002]在现如今的生成与生活当中，需要对物体的体积进行测量，现阶段对于对物体的体积进行测量较多的也是通过深度图像进行计算测量，深度图像也被称之为距离影像，是指将从图像采集器到场景中各点的距离作为像素值的图像，它可以直接反映目标可见表面的几何形状，尤其在于物流行业，在运输过程中需要对包裹等被测物体进行体积测量，在工业方面，同样需要应用到对物体体积进行测量，例如对于煤块的体积进行测量，煤块是相对低廉的发电成本，因此大多数发电厂依旧是采用煤块进行发电，而对于煤块的体积计算就显得尤为重要，对体积的准确计算可以实现对发电量的准确计算及预测，传统测量煤堆体积使用推土机对煤堆进行整形，再用皮尺丈量，或用经纬仪视距导线测量等方法来完成，这些盘煤方式投入人力、物力较多，测量误差较大，而现有的对于不规则物体则需要更复杂的计算，目前计算不规则物体体积的方法，主要通过一个深度相机获取距离等相关信息进行计算，通过深度距离值计算物体某块区域的物理尺寸，类似方法往往忽略了物体表面不平整，在物体各个面可能存在凹陷，该方法不仅测量速度慢，且精度低，物体的形状也受到比较大的局限。

技术实现思路

[0003]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深度相机对凹陷物体的体积测量方法及系统，能够通过对多全方位的深度图像进行补偿以提高凹陷物体的体积计算结果精度。
[0004]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法，包括以下步骤：
[0005]获取待测凹陷物体的深度图像；
[0006]通过误差函数对深度图像的深度值进行补偿处理，得到补偿后的深度图像；
[0007]根据补偿后的深度图像遍历寻找凹陷物体的凹陷区域，并计算凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积；
[0008]对凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积进行作差处理，得到凹陷物体的最终体积。
[0009]进一步，所述获取待测凹陷物体的深度图像这一步骤，其具体包括：
[0010]基于棋盘格标定法，对深度相机进行标定处理，得到标定后的深度相机；
[0011]通过标定后的深度相机对待测凹陷物体顶部及四周进行连续拍摄，得到待测凹陷物体顶部及四周的深度图像。
[0012]进一步，所述误差函数的表达式具体如下所示：
[0013][0014]上式中，d
i，j
表示第i行第j列像素点对应的物理区域误差补偿后的距离值，表示不同距离下的误差函数，表示深度相机测量得到的测量距离。
[0015]进一步，所述基于棋盘格标定法，对深度相机进行标定处理，得到标定后的深度相机这一步骤，其具体包括：
[0016]确定三维世界坐标与二维深度相机的平面坐标；
[0017]对三维世界坐标与二维深度相机的平面坐标进行映射处理，得到单应性矩阵；
[0018]通过最小二乘法对单应性矩阵进行求解，得到深度相机的内部参数矩阵和外部参数矩阵；
[0019]对三维世界坐标进行旋转平移变换处理并标定到深度相机的内部参数矩阵和外部参数矩阵，得到标定后的深度相机。
[0020]进一步，所述根据补偿后的深度图像遍历寻找凹陷物体的凹陷区域，并计算凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积这一步骤，其具体包括：
[0021]获取补偿后的深度图像的像素点的深度值；
[0022]对像素点的深度值进行判断，判断到像素点的深度值大于预设深度阈值；
[0023]对该像素点进行标记处理并以该像素点为圆心向其四周进行像素点搜索处理，直至周围像素点对应的深度值不再减小，对所有的像素点进行标记处理，得到凹陷区域；
[0024]在多个具有相同凹陷区域的深度图像中，选取四周像素点与凹陷区域中心像素点的距离最小值的深度图像，计算凹陷区域的面积和其距离深度相机的距离；
[0025]根据凹陷区域的面积和其距离深度相机的距离，计算得到凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积。
[0026]进一步，所述凹陷物体的初步体积的计算过程具体为：
[0027]选取待测凹陷物体顶部的深度图像；
[0028]根据待测凹陷物体顶部的深度图像的凹陷区域的面积和其距离深度相机的距离，计算得到凹陷物体的初步体积。
[0029]进一步，所述凹陷区域的面积计算公式如下所示：
[0030][0031]上式中，S
i，j
表示第i行第j列像素点所对应物理区域的矩形面积，α表示深度相机的水平视角，β表示深度相机的垂直视角，Δx表示深度图像中一行像素点的个数，Δy表示深度图像中一列像素点的个数。
[0032]进一步，所述凹陷物体的初步体积计算公式如下所示：
[0033][0034]上式中，V
r
表示凹陷物体的初步体积，S
i，j
表示第i行第j列像素点所对应物理区域的矩形面积，h表示摄像头距离底部的垂直距离，h
’
i，j
表示第i行第j列像素点所对应物理区
域距离摄像头的垂直距离，h
i，j
表示第i行第j列像素点对应煤块物理区域的高度。
[0035]进一步，所述凹陷区域的体积计算公式如下所示：
[0036][0037][0038]上式中，V
k
表示第k个凹陷区域的体积，V
s
表示所有凹陷区域的体积之和，表示第i行第j列像素点所对应物理区域与深度相机的距离，表示第i行第j列像素点对应的凹陷区域假设在平整的情况下的深度值。
[0039]本专利技术所采用的第二技术方案是：一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量系统，包括：
[0040]获取模块，用于获取待测凹陷物体的深度图像；
[0041]补偿模块，用于通过误差函数对深度图像的深度值进行补偿处理，得到补偿后的深度图像；
[0042]计算模块，用于根据补偿后的深度图像遍历寻找凹陷物体的凹陷区域，并计算凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积；
[0043]作差模块，用于对凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积进行作差处理，得到凹陷物体的最终体积。
[0044]本专利技术方法及系统的有益效果是：本专利技术通过使用多个深度相机对物体全方位的凹陷区域进行搜索，获取凹陷区域的深度图像并进一步通过误差函数对深度图像的深度值进行补偿，对测量的深度值进行补偿校正，使测量的深度值更加准确，并根据补偿后的深度值选择凹陷区域尽可能靠近目标区域中心的视角获取的深度图像，并计算凹陷区域的体积，最后通过顶部深度相机计算待测凹陷物体的初步体积，对凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积进行作差处理，使得最终的待测凹陷物体的体积计算结果更为精确。
附图说明
[0045]图1是本专利技术一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法的步骤流程图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待测凹陷物体的深度图像；通过误差函数对深度图像的深度值进行补偿处理，得到补偿后的深度图像；根据补偿后的深度图像遍历寻找凹陷物体的凹陷区域，并计算凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积；对凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积进行作差处理，得到凹陷物体的最终体积。2.根据权利要求1所述一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法，其特征在于，所述获取待测凹陷物体的深度图像这一步骤，其具体包括：基于棋盘格标定法，对深度相机进行标定处理，得到标定后的深度相机；通过标定后的深度相机对待测凹陷物体顶部及四周进行连续拍摄，得到待测凹陷物体顶部及四周的深度图像。3.根据权利要求1所述一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法，其特征在于，所述误差函数的表达式具体如下所示：上式中，d
i,j
表示第i行第j列像素点对应的物理区域误差补偿后的距离值，表示不同距离下的误差函数，表示深度相机测量得到的测量距离。4.根据权利要求2所述一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法，其特征在于，所述基于棋盘格标定法，对深度相机进行标定处理，得到标定后的深度相机这一步骤，其具体包括：确定三维世界坐标与二维深度相机的平面坐标；对三维世界坐标与二维深度相机的平面坐标进行映射处理，得到单应性矩阵；通过最小二乘法对单应性矩阵进行求解，得到深度相机的内部参数矩阵和外部参数矩阵；对三维世界坐标进行旋转平移变换处理并标定到深度相机的内部参数矩阵和外部参数矩阵，得到标定后的深度相机。5.根据权利要求4所述一种基于深度相机对凹陷物体的体积测量方法，其特征在于，所述根据补偿后的深度图像遍历寻找凹陷物体的凹陷区域，并计算凹陷区域的体积和凹陷物体的初步体积这一步骤，其具体包括：获取补偿后的深度图像的像素点的深度值；对像素点的深度值进行判断，判断到像素点的深度值大于预设深度阈值；对该像素点进行标记处理并以该像素点为圆心向其四周进行像素点搜索处理，直至周围像素点对应的深度值不再减小，对所有的像素点进行标记处理，得到凹陷区域；在多个具有相同凹陷区域的深度图像中，选取四周像素点与凹陷区域中心像素点的距离最小值的深度图像，计算凹陷区域的面积和其距离深度相机的距离；根据凹陷区域的面积和其距离深度相机的距离，计算得到凹陷区域的体积和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天洋，范劲松，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：