一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法技术

本发明专利技术涉及包装箱尺寸检测技术领域，公开了一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，包括以下步骤：S1：对工作台平面进行矫正，以获得测量基准平面；S2：获取待检测包装箱的深度图；S3：根据S2获得的深度图对待检测包装箱进行定位；S4：几何尺寸测量：S41：将步骤S33中通过定位待测量包装箱位置获得的待测量包装箱的深度图数据重建点云，经S1所得矫正矩阵计算得到待处理点云；S42：采用点云映射二维平面通过边缘提取再求最小外接矩形的检测算法计算待测量包装箱的长和宽；S43：通过计算目标点云到检测基准平面的距离得到待测量包装箱的高度；与现有技术相比，本发明专利技术实现快速及精准的包装箱几何尺寸测量的目标。精准的包装箱几何尺寸测量的目标。精准的包装箱几何尺寸测量的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法


[0001]本专利技术涉及包装箱尺寸检测
，具体地，涉及一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法。

技术介绍

[0002]2012年至2021年，我国快递年业务量从57亿件增长至1083亿件，增加了18倍。在快递业务中80%货品采用纸箱包装，国家邮政局发布《推进快递业绿色包装工作实施方案》中明确提高包装标准化率，降低包装耗费率，减少运传成本。合理的利用纸箱包装的几何尺寸信息将有利于物流运输的规划，提高体积利用率的同时降低运输成本，因此如何高效、准确地获取纸箱几何尺寸是快递物流业提效降本的重要因素。传统的手工测量获取纸箱几何尺寸的方式已经难以适应快速发展的快递物流行业，而非接触式测量技术的发展在适应更多复杂测量环境、高效准确获得被测目标的表面轮廓信息等方面体现出了独特的优越性。其中光幕测量技术的应用研究为非接触几何尺寸测量提供了不错的借鉴，但是由于光幕测量的精度受摆放、速度和自身的精度影响大，局限性较大。而机器视觉技术的发展也为非接触测量技术提供了更多的选择，有双目视觉结合点激光方式通过提取货物关键点的空间坐标实现规则物流货物尺寸的快速测量，有线结构光扫描结合双目视觉方式通过三维点云积分实现不规则物体体积的测量，有通过点云切片算法实现不规则物体体积的测量，有直接用双目视觉方式通过各种特征提取算法实现规则包裹的体积测量，有用二维图像方式通过单视图3D重建方法实现规则物体的体积测量，有Yolov3结合Intel RealSense D435i深度相机的方式通过YOLO模型定位目标物然后从单个表面估计体积实现规则物体体积的测量，还有不少诸如以上的非接触式视觉测量技术；在前人的体积尺寸测量研究中发现对于单目结构光相机的应用研究十分缺乏。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，其用于解决上述技术问题。
[0004]一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，包括以下步骤：S1：对工作台平面进行矫正，以获得测量基准平面，其中测量基准平面与结构光相机的成像平面平行、质心与工作台平面的原始点云质心重合；S2：获取待测量包装箱的深度图；S3：根据S2获得的深度图对待测量包装箱进行定位：S31：以工作台平面为基准，遍历检测区域每点像素值，通过像素差分实现目标粗提取，根据有效差分像素点数判断是否有目标；否，则返回S2；是，则进入S32；S32：对S31提取的目标进行形态学去噪声；S33：通过连通域的坐标位置实现防手臂干扰功能，并且通过连通域定位待测量包装箱位置；
S4：几何尺寸测量：S41：将步骤S33中通过定位待测量包装箱位置获得的待测量包装箱的深度图数据重建点云，经S1所得矫正矩阵计算得到待处理点云；S42：采用点云映射二维平面通过边缘提取再求最小外接矩形的检测算法计算待测量包装箱的长和宽；S43：通过计算目标点云到测量基准平面的距离得到待测量包装箱的高度。
[0005]根据本专利技术的一实施方式，S33中实现防手臂干扰的方法如下：S331：根据结构光相机的固定高度，确定其在工作平台上的检测区域；S332：将检测区域深度图经S32处理后进行连通域分析，在检测区域图像的外围边缘设置固定像素宽度的防干扰带；S333：通过连通域的边缘坐标位置是否位于防干扰带上判断防干扰带是否有遮挡物；否，则进入S4；是，则返回S2。
[0006]根据本专利技术的一实施方式，S1包括以下步骤：S11：以结构光相机为原点建立结构光相机的坐标系及XOY平面；S12：获取工作台平面深度图并生成点云；S13：拟合工作台平面点云，以获取平面方程参数得到工作台平面法向量；S14：由工作台平面法向量与相机成像平面法向量求取夹角及旋转矩阵；S15：根据旋转矩阵计算得到初步平面矫正的点云；S16：计算初步平面矫正点云和原点云的质心以计算平移矩阵；S17：融合旋转和平移矩阵得到最终的变换矩阵进行平面矫正。
[0007]根据本专利技术的一实施方式，S13包括以下步骤：点云拟合构建出工作台平面方程：对工作台平面的法向量进行归一化的无量纲化处理，设归一化后的法向量为，并限定单位向量方向为指向z轴正方向。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，S14包括以下步骤：相机的XOY平面的方程为：也可得结构光相机XOY面的法向量为：推得夹角θ为：即：再由与的叉乘得：；向量为与所构成平面的法向量，将其归一化得到；再由罗德里格旋转公式推出旋转矩阵：
。
[0009]根据本专利技术的一实施方式，S15包括以下步骤：以表示原始的点云坐标，以表示初步矫正后的点云坐标，则初步矫正过程由旋转矩阵R左乘原始点云坐标表示：坐标换算关系为：。
[0010]根据本专利技术的一实施方式，S16包括以下步骤：由点云质心坐标计算公式：得到原点云质心为，初步平面矫正点云质心为，则其平移量为：推得平移矩阵为：。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，S17包括以下步骤：平面矫正过程是先旋转再平移，则变换矩阵可表示为：最终矫正的点云坐标可由以下公式计算：
最终坐标换算关系为：。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，S41包括以下步骤：从结构光相机可获取到相机已标定的内参，、分别表示像平面中沿u、v轴方向像素的比例，也就是像素宽高比，、分别表示像主点的x和y坐标，根据小孔成像原理得到：即得相机坐标系下的点云重建关系：再根据S17得出的平面矫正的坐标换算公式，得到最终的点云数据。
[0013]根据本专利技术的一实施方式，S42包括以下步骤：S421：从深度图连通域分析处获取到目标区域、构成的外接矩形及Mask图；S422：在外接矩形范围内，从外接矩形的最左侧处开始，从左向右遍历S31目标深度图的像素，当像素点在Mask图对应位置内并且像素值不为零时，终止从左往右的遍历，重建该像素点的点云得到空间坐标，由于经过平面矫正的点云z值不影响边缘的位置，这里只取存入左边缘映射点集；y轴从开始，从上往下逐行遍历S31目标深度图的像素，提取左边缘映射点，直到y轴遍历完，即可将目标的左侧边缘点集提取出来；S423：在外接矩形范围内，从外接矩形的最右侧处开始，从右往左遍历S31目标深度图的像素，当像素点在Mask图对应位置内并且像素值不为零时，终止从右往左的遍历，重建该像素点的点云得到空间坐标，取存入右边缘映射点集 ；y轴从开始，从上往下逐行遍历S31目标深度图的像素，提取右边缘映射
点，直到y轴遍历完，即可将目标的右侧边缘点集提取出来；S424：将S422和S423的左右边缘映射点集和组合起来得到完整的目标边缘映射点集；求取只包含坐标的点集的最小有向外接矩形可得到目标的长宽。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法具有以下优点：本专利技术的基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，用点云映射二维平面通过边缘提取再求最小外接矩形的检测算法计算待测量包装箱的长和宽，能兼顾检测时效的同时又保证检测精度，可以实现快速、精准的包装箱几何尺寸测量的目标。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对工作台平面进行矫正，以获得测量基准平面，其中测量基准平面与结构光相机的成像平面平行、质心与工作台平面的原始点云质心重合；S2：获取待测量包装箱的深度图；S3：根据S2获得的深度图对待测量包装箱进行定位：S31：以工作台平面为基准，遍历检测区域每点像素值，通过像素差分实现目标粗提取，根据有效差分像素点数判断是否有目标；否，则返回S2；是，则进入S32；S32：对S31提取的目标进行形态学去噪声；S33：通过连通域的坐标位置实现防手臂干扰功能，并且通过连通域定位待测量包装箱位置；S4：几何尺寸测量：S41：将步骤S33中通过定位待测量包装箱位置获得的待测量包装箱的深度图数据重建点云，经S1所得矫正矩阵计算得到待处理点云；S42：采用点云映射二维平面通过边缘提取再求最小外接矩形的检测算法计算待测量包装箱的长和宽；S43：通过计算目标点云到测量基准平面的距离得到待测量包装箱的高度。2.根据权利要求1所述的基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，其特征在于，S33中实现防手臂干扰的方法如下：S331：根据结构光相机的固定高度，确定其在工作平台上的检测区域；S332：将检测区域深度图经S32处理后进行连通域分析，在检测区域图像的外围边缘设置固定像素宽度的防干扰带；S333：通过连通域的边缘坐标位置是否位于防干扰带上判断防干扰带是否有遮挡物；否，则进入S4；是，则返回S2。3.根据权利要求1所述的基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，其特征在于，S1包括以下步骤：S11：以结构光相机为原点建立结构光相机的坐标系及XOY平面；S12：获取工作台平面深度图并生成点云；S13：拟合工作台平面点云，以获取平面方程参数得到工作台平面法向量；S14：由工作台平面法向量与相机成像平面法向量求取夹角及旋转矩阵；S15：根据旋转矩阵计算得到初步平面矫正的点云；S16：计算初步平面矫正点云和原点云的质心以计算平移矩阵；S17：融合旋转和平移矩阵得到最终的变换矩阵进行平面矫正。4.根据权利要求3所述的基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，其特征在于，S13包括以下步骤：点云拟合构建出工作台平面方程：对工作台平面的法向量进行归一化的无量纲化处理，设归一化后的法向量为，并限定单位向量方向为指向z轴正方向。5.根据权利要求4所述的基于结构光相机的包装箱几何尺寸测量方法，其特征在于，
S14包括以下步骤：相机的XOY平面的方程为：也可得结构光相机XOY面的法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建毅，肖苏华，刘普京，罗文斌，蒋占四，赖南英，翁泽桂，林于程，赵玉洁，稂亚军，乔明娟，
申请(专利权)人：广东技术师范大学，
类型：发明
国别省市：