一種用於規則三維對象體積測量的方法和系統與流程
2023-10-08 17:57:04 1
本發明涉及電子測量技術領域，尤其涉及一種用於規則三維對象體積測量的方法和系統。
背景技術：
隨著全球網絡購物的快速增長，物流行業迅速發展，物流包裹的吞吐量與日俱增。其中，對物流包裹體積的準確、快速、方便地測量是不可缺少的一個重要環節，對物流企業的攬件收費處理速度有著決定性的影響。傳統的通過人工測量包裹體積的方式，不僅需要投入大量的人力，而且測量速度慢、誤差較大。部分物流企業開始使用自動化的測量設備，但是這些設備價格昂貴，安裝複雜，不能方便靈活地大範圍使用。
授權公告號為CN205138424U的中國實用新型專利，公開了一種用於物流行業的包裹體積測量裝置，其包括底座、支架、圖像傳感器以及高度測量組件，底座上設有託盤，託盤表面設置有多個均勻分布的標識點，底座內設有控制主板以及用於帶動高度測量組件在支架上上下移動的傳動組件。然而，該測量裝置仍然需要複雜的底座與高度測量等組件，其結構複雜、成本較高；並且其測量範圍受限於託盤的大小和支架的高度，量程較小；由於其高度測量依賴於機械式上下移動的高度測量組件和傳動組件，導致測量速度慢；同時其不能方便地移動測量任意擺放的包裹，反而需要將包裹搬運到其託盤上並對齊標識點之後才能開始測量，進一步降低了測量速度和測量靈活性。
技術實現要素：
本發明的目的之一至少在於，針對上述現有技術存在的問題，提供一種用於規則三維對象體積測量的方法和系統，其能夠能夠靈活便攜地完成各種尺寸包裝箱體積的測量，不僅測量速度高，且測量成本低。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為：
一種用於規則三維對象體積測量的方法，其包括：
步驟A：將參考標尺設置在規則三維對象的至少一條輪廓線上；
步驟B：獲取包括所述規則三維對象和參考標尺的第一圖像；
步驟C：對所述第一圖像進行圖形視覺分析處理，獲取所述規則三維對象的輪廓線和參考標尺的輪廓線的圖像長度；
步驟D：基於所述參考標尺的預設實際長度、參考標尺的輪廓線的圖像長度、以及所述三維對象的輪廓線的圖像長度，獲取所述規則三維對象的體積。
優選地，所述規則三維對象包括：立方體、長方體、圓柱體、圓錐體、稜錐體、平行六面體、梯形體、以及圓臺體。
優選地，所述方法進一步包括重複執行步驟A和步驟B，獲取兩幅以上所述第一圖像；
其中，在重複步驟A時，所述參考標尺的標尺臂所設置的輪廓線部分不相同或者全部不相同；或者，所述參考標尺的數量大於一。
優選地，所述方法進一步包括在測量過程中實時顯示設置參考標尺的輔助提示信息。
優選地，所述方法進一步包括在測量過程中實時顯示測量數據和/或測量結果。
一種用於規則三維對象體積測量的系統，其包括可攜式電子裝置和參考標尺；所述可攜式電子裝置包括攝像頭、圖像處理單元、控制計算單元、以及人機互動接口單元；
其中，所述參考標尺構造為可以緊貼設置在規則三維對象的至少一條輪廓線上；
所述攝像頭用於獲取包括所述規則三維對象和參考標尺的第一圖像；
所述圖像處理單元用於對所述第一圖像進行圖形視覺分析處理，獲取所述規則三維對象的輪廓線和參考標尺的輪廓線的圖像長度；
所述控制計算單元用於基於所述參考標尺的預設實際長度、參考標尺的輪廓線的圖像長度、以及所述三維對象的輪廓線的圖像長度，獲取所述規則三維對象的體積；
所述人機互動接口單元用於接收用戶輸入的測量指令，顯示獲取的測量結果。
優選地，所述攝像頭為單目攝像頭。
優選地，所述參考標尺包括至少兩條可摺疊和展開地連接在摺疊部的標尺臂。
優選地，所述參考標尺的標尺臂的長度相等。
優選地，所述參考標尺的標尺臂的顏色相同或者不相同，並且均與所述規則三維對象的顏色不相同。
綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明至少具有以下有益效果：
通過攝像頭和參考標尺配合，從所獲取的規則三維對象的圖像來進行體積計算，其簡化了傳統測量方法需要移動測量對象的過程，能夠有效地提高測量速度；並且不受測量對象所處環境的空間限制，能夠靈活便攜地完成各種尺寸包裝箱體積的測量；此外，其結構簡單，能夠大幅減低製造成本，並且其測量過程簡單，不需要對測量者進行複雜的測量知識培訓，降低了測量的人力成本。
附圖說明
圖1是根據本發明一實施例的用於規則三維對象體積測量的方法的流程圖；
圖2是根據本發明另一實施例的用於規則三維對象體積測量的方法中獲取輪廓線的圖像長度的流程圖；
圖3是根據本發明一實施例的用於規則三維對象體積測量的系統的結構示意圖；
圖4是根據本發明另一實施例的用於規則三維對象體積測量的系統中的測量標尺設置在圓柱形測量對象上的示意圖；
圖5是根據本發明又一實施例的用於規則三維對象體積測量的系統中的人機互動界面的示意圖；
圖6是根據本發明一實施例的用於規則三維對象體積測量的系統中參考標尺的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明，以使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
下文結合圖1對本發明一實施例公開的用於規則三維對象體積測量的方法應用於快遞物流現場測量包裝箱尺寸體積的典型經驗場景進行詳細說明。
步驟101：設置參考標尺
以正方體或者長方體形狀的包裝箱或者包裹為例，在進行測量時，可以將參考標尺緊貼設置在包裝箱的頂角上，使參考標尺的三條活動標尺臂分別緊貼相交於該頂點的三條稜上，其中三條活動標尺臂的長度可以相同或者不同，但其實際長度均已經預先通過其他方式獲取或者存儲(例如，按照預設的長度製造或者使用常規二維量具測量過參考標尺的標誌臂的長度)。
步驟102：獲取第一圖像
具體地，可以根據測量者的指令(例如，通過用戶界面菜單點擊開始測量按鈕)，通過攝像頭在距離包裝箱一定距離處進行拍攝，獲取包括包裝箱和參考標尺的第一圖像。其中，在拍攝時，不需要移動或者搬運包裝箱，在設置好參考標尺之後，可以由測量者持攝像頭對包裝箱進行拍攝，不需要過多的特別調整角度，使所獲得的圖像清楚地顯示包裝箱和參考標尺的各條活動標尺臂即可，從而可以快速、方便地獲取圖像，縮短測量時間，減少不必要的貨物搬運。進一步地，所獲取的第一圖像可以存儲在本地存儲裝置上，也可以通過有線或者無線網絡發送給遠端儲存裝置。
在優選的實施方式中，可以通過分別將參考標尺的標尺臂緊貼設置在測量對象的不同部位(例如，立方體的不同頂點所對應的三條稜)，重複執行上述步驟，從而獲取兩幅或更多幅第一圖像；或者，可以通過設置兩個或者更多參考標尺，分別進行拍攝來獲取兩幅或者更多幅第一圖像。通過多幅第一圖像，可以獲取更精確的測量數據。
步驟103：獲取輪廓線的圖像長度
其中，可以通過具有圖像處理器的電子設備對所獲取的第一圖像進行圖形視覺分析處理，獲取包裝箱的輪廓線(例如，立方體或長方體上設置有活動標尺臂的稜)和參考標尺的輪廓線的圖像長度。其中，此處所指的長度是指計算機系統中以像素為單位表示的圖像中兩點之間的距離。
在優選的實施例中，可以進一步在顯示屏上通過不同的顏色來分別顯示所確定的包裝箱的輪廓線和參考標尺的輪廓線。
步驟104：獲取規則三維對象的體積
具體地，控制計算單元可以基於所述參考標尺的預設實際長度與參考標尺的輪廓線的圖像長度計算第一圖像的透視角度下物體的形變比例。由於在相同透視角度下所獲取的同一幅圖像中物體的形變比例相同，因此，可以進一步基於該形變比例和包裝箱的稜的輪廓線的圖像長度獲取包裝箱實際稜長。進而根據包裝箱的三條稜長之乘積，可以獲取包裝箱的準確體積。
上述實施例中，通過攝像頭和參考標尺配合，從所獲取的規則三維對象的圖像來進行體積計算，其簡化了傳統測量方法需要移動測量對象的過程，能夠有效地提高測量速度；並且不受測量對象所處環境的空間限制，能夠靈活便攜地完成各種尺寸包裝箱體積的測量；此外，其測量過程簡單，不需要對測量者進行複雜的測量知識培訓，降低了測量的人力成本。
如圖2所示，本發明一優選的實施方式中，上述獲取輪廓線的圖像長度的步驟進一步可以包括以下步驟。
步驟201：獲取位圖圖像
其中，可以通過數字圖像處理技術將通過攝像頭拍攝的第一圖像文件轉化為位圖Bitmap文件，從而可以去除不必要的冗餘圖像信息數據。在此步驟之前，還可以預先對第一圖像文件進行均值濾波處理，去除常見噪聲和幹擾。
步驟202：通過神經網絡和深度學習進行圖像處理，或者獲取灰度圖像
具體地，可以通過圖像處理軟體或者算法對所獲取的位圖文件進行二值化灰度處理，獲取灰度圖像。或者，在優選的實施方式中，使用神經網絡和深度學習數據對所獲取的位圖圖像進行處理。
其中，步驟202中的兩種圖像處理方法可以在進行測量時由使用者通過用戶交互界面選擇，也可以由控制計算單元根據便攜設備的計算資源情況自動選擇。並且優選的實施方式中的步驟202可以合併或者融合步驟203的過程，通過神經網絡和深度學習數據對圖像中的規則三維對象的輪廓線和頂點進行識別，從而直接獲得相應的圖像尺寸數據，然後繼續執行步驟204。
步驟203：輪廓線邊緣識別
具體地，可以通過Canny邊緣檢測算法對灰度對象進行進一步的去噪，然後用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向，對梯度幅值進行非極大值抑制，然後用雙閾值算法檢測和連接邊緣，從而獲取灰度圖像中不同圖形的輪廓線邊緣。
步驟204：顏色識別
由於可以將包裝箱於參考標尺的活動標尺臂設置為不同顏色，例如具有較大的顏色反差，因此，在通過步驟203中所獲取的不同圖形的輪廓線邊緣確定不同的形狀範圍之後，可以根據第一圖像上該圖形範圍對應位置處的平均顏色值的不同來確定灰度圖像上該形狀範圍對應的是包裝箱還是參考標尺的活動標尺臂。進而可以分別和/或同時進行參考標尺分支和測量對象分支的處理步驟205和步驟206，其分別根據本步驟的顏色識別結果針對參考標尺的活動標尺臂對應的圖像形狀，以及測量對象(即規則三維對象，例如立方體、長方體在所拍攝的圖像上經過數字圖像處理後對應區域的圖像形狀)。
步驟205：進行直線檢測
具體地，分別對步驟204所確定的包裝箱和參考標尺的活動標尺臂對應的形狀範圍進行LSD(Line Segment Detector，直線分割檢測)直線檢查，例如，可以通過霍夫變換將具有相同特徵的幾何形狀(如，直線，圓，曲線等)從從灰度圖像分離出來。
步驟206：趨同直線段擬合
進一步地，通過趨同直線段擬合，從而分別獲取表示包裝箱稜線的輪廓線(例如，多個相切的平行四邊形的各條邊)及其圖像長度，以及表示參考標尺的活動標尺臂的輪廓線(例如，為相對較短的直線段)，也即測量標誌線或者活動標尺臂的圖像長度。
步驟207：計算規則三維對象的體積
在如圖3所示的本發明一實施例中，以圖3中的規則三維對象為例(例如，長方體物流包裝箱/盒)，其輪廓線包括9條直線段，而計算體積只需要使用其中設置了參考標尺的三條邊或稜。具體地，例如，通過步驟206所獲取的待測對象分別表示其長寬高的三條輪廓線的圖像長度為Di(Xi，Yi，Zi)，標尺臂的圖像長度Dh(Xh，Yh，Zh)，由於三條標尺臂的圖像各自對應的三條標尺臂的實際長度已知為Da(Xa，Ya，Za)，根據相同透視角度的物體形變比例一致的原理，即待測對象的實際尺寸D滿足：D/Da＝Di/Dh。進一步地，可以確定D＝(Di*Da)/Dh，因此可以獲取待測對象的實際尺寸D(X，Y，Z)，進而可以獲得該長方體的體積V＝X*Y*Z。
在如圖4所示的本發明另一實施例中，以圖4中的圓柱體物流包裝盒/包裹為例，其輪廓線包括圓柱體的兩條表示高的直線和表示底面的弧線或橢圓。在測量時，可以將參考標尺的一條標尺臂垂直地設置在圓柱體側面上。具體地，例如，可以在標尺臂上設置有水平儀等裝置，以輔助放置活動標尺臂。並且，在本實施例中，參考標尺可以僅具有兩條活動標尺臂，且可以設置為相互垂直。在優選的實施方式中，可以在其中一條標尺臂緊貼圓柱側面位置設置一定的弧度，從而可以使另一條標尺臂的延長線更準確地通過圓柱底面的圓心。
通過步驟206可以分別獲取該圓柱體的高和底面直徑的圖像長度為Di(Xi，Yi)，標尺臂的圖像長度Dh(Xh，Yh)，由於兩條標尺臂的圖像各自對應的標尺臂的實際長度已知為Da(Xa，Ya)，根據相同透視角度的物體形變比例一致的原理，即待測對象的實際尺寸D滿足：D/Da＝Di/Dh。進一步地，可以確定D＝(Di*Da)/Dh，因此可以獲取該圓柱體的高和直徑的實際尺寸D(X，Y)，進而可以獲得該圓柱體的體積V＝π*(Y/2)2*X。
圖3為本發明一實施例提供的一種用於規則三維對象體積測量的系統的結構示意圖。所述系統包括可攜式電子裝置1和參考標尺2；所述可攜式電子裝置1包括攝像頭11、圖像處理單元(未示出)、控制計算單元(未示出)、以及人機互動接口單元12(例如，可以包括觸摸顯示屏、鍵盤、揚聲器、麥克風等)。
其中，所述參考標尺2構造為可以緊貼設置在規則三維對象(例如，圖3所示的長方體)的至少一條輪廓線上。
所述攝像頭11用於獲取包括所述規則三維對象和參考標尺的第一圖像，其可以為單目、雙目或三目攝像頭。本發明可以僅使用單目攝像頭即可完成體積測量，從而可以降低測量系統的硬體成本。
所述圖像處理單元用於對所述第一圖像進行圖形視覺分析處理，獲取所述規則三維對象的輪廓線和參考標尺的輪廓線的圖像長度。圖像處理單元可以為獨立的圖形圖像處理器，也可以為集成在中央處理器中。
所述控制計算單元用於基於所述參考標尺的預設實際長度、參考標尺的輪廓線的圖像長度、以及所述三維對象的輪廓線的圖像長度，獲取所述規則三維對象的體積。具體地，控制計算單元可以通過執行預先存儲在內部或者外部存儲裝置中的指令集(例如，物流包裹體積測量APP應用程式)和使用者輸入的命令來進行體積測量。
所述人機互動接口單元11用於接收用戶輸入的測量指令，顯示獲取的測量結果。
在優選的實施例中，所述系統可以進一步包括通信接口(例如，諸如RJ45、USB、同軸電纜等有線通信接口，或者WIFI、GPRS、3G/4G移動無線通信網絡、藍牙等無線通信接口)。一方面，可以將所獲取的測量結果通過通信接口發送給其他電子設備，或者從其他電子設備接收測量指令或者測量應用程式；另一方面，所述攝像頭11可以不集成在所述電子裝置1中，而為獨立的裝置(例如，如圖5所示的攝像頭11)，其通過通信接口將所獲取的第一圖像發送給電子裝置1。相應地，所述電子裝置1可以進一步包括易失性存儲器或者非易失性存儲器(例如，硬碟、快閃記憶體等)，以便接收攝像頭或者其他裝置發送的圖像，並進一步可以用於保存所測量的結果以及測量過程所產生的數據。
圖5示出了本發明一實施例提供的用於規則三維對象體積測量的系統中的人機互動界面示意圖。
如圖5所示，在測量過程中，可以通過點擊觸摸顯示屏13上的開始按鈕，開始測量操作。隨後，控制計算單元啟動攝像頭11開始對測量對象進行拍攝。相應地，顯示屏13上顯示第一信息區域131和第二信息區域132。在測量開始時，可以通過第一信息區域132實時顯示如何設置參考標尺的輔助提示線或者點，以便使用者更準確地設置在待測目標的相應位置處。待放置好參考標尺後，圖像處理單元對攝像頭拍攝的第一圖像進行圖形視覺分析處理，並通過第一信息區域132顯示所獲取的待測目標的輪廓線和參考標尺的輪廓線。在優選的實施方式中，可以使用不同的(例如，反差較大的)顏色來分別顯示待測目標的輪廓和參考標尺的圖像輪廓。並且，可以進一步地使用不同的顏色來分別顯示參考標尺的不同標尺臂以及待測目標的不同位置的輪廓線。例如，分別使用紅黃藍來表示長方體上設置了參考標尺的三條稜。並且，還可以進一步根據圖像中對應線條的長度或者立方體擺放的位置來分別用不同的顏色表示其長、寬、高。
第二信息區域132可以設置用於顯示待測目標的輪廓線的長度和所計算的體積數據信息。在優選的實施方式中，還可以進一步包括相應的操作按鈕，例如，分享、發送或者保存測量結果數據到指定的位置，從而可以提高物流計費的處理速度。
圖6示出了本發明一實施例提供的用於規則三維對象體積測量的系統中參考標尺的結構示意圖。如圖6所示，參考標尺包括至少兩條可摺疊和展開地連接在摺疊部21的標尺臂22。圖6所示的三個標尺臂22的長度相同，但是在其他實施方式中，參考標尺的各條標尺臂可以具有不同的長度，並且也可以分別具有不同的顏色。進一步地，所述標尺臂上還可以設置有刻度，以便於在數字圖像處理過程中更準確地校正計算結果，並能夠方便使用直接獲取較小包裹的輪廓長度讀數。
參考標尺的標尺臂可以是由金屬、塑料或者其他材料製成剛性部件。在優選的實施方式中，標尺臂原理摺疊部21一端的橫截面可以為L形或弧形，從而可以緊貼設置在長方體或者立方體的稜上；或者為弧形，從而可以緊貼圓柱的側面。在另一個實施例中，參考標尺的標尺臂也可以設置為可變形部件，例如可以彎折為L形或弧形的金屬薄片。
應當理解，說明書通篇所提到的「一實施例」或「優選的實施例」意味著與實施例有關的特定特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在整個說明書各處出現的「在一個實施例中」或「在優選的實施例中」未必一定指相同的實施例。此外，這些特定的特徵、結構或特性可以任意適合的方式結合在一個或多個實施例中。應理解，在本發明的各種實施例中，上述各過程的序號的大小並不意味著執行順序的先後，各過程的執行順序應以其功能和內在邏輯確定，而不應對本發明實施例的實施過程構成任何限定。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的設備和方法，可以通過其它的方式實現。以上所描述的設備實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，可以僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，如：多個單元或組件可以結合，或可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另外，所顯示或討論的各組成部分相互之間的耦合、或直接耦合、或通信連接可以是通過一些接口，設備或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性的、機械的或其它形式的。
上述作為分離部件說明的單元可以是、或也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是、或也可以不是物理單元；既可以位於一個地方，也可以分布到多個網絡單元上；可以根據實際的需要選擇其中的部分或全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本發明各實施例中的單元(例如，各功能單元、處理器、存儲器等)可以全部集成在一個單元中，也可以是各單元分別單獨作為一個單元，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中；上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用硬體加軟體功能單元的形式實現。
本領域技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲於計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：移動存儲設備、只讀存儲器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
當本發明上述集成的單元以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明實施例的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機、伺服器、或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分。而前述的存儲介質包括：移動存儲設備、ROM、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述，僅為本發明具體實施方式的詳細說明，而非對本發明的限制。相關技術領域的技術人員在不脫離本發明的原則和範圍的情況下，做出的各種替換、變型以及改進均應包含在本發明的保護範圍之內。