阅读说明：本技术 一种非接触式测量异形物体排水体积的装置 (Device for non-contact measurement of drainage volume of special-shaped object ) 是由 李赛红 冉传鄂 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及视觉识别技术领域,一种非接触式测量异形物体排水体积的装置,其使用方法包括如下步骤：步骤10,三维重建：使用基于光传感器的3D数据采集设备进行采集原始数据,使用三维重建算法完成样品的三维重建,得到样品的初步3D模型；步骤20,姿态解算：检测样品初步3D模型的特征检测,完成样品初步3D模型姿态解算,通过恢复样品物理真实姿态,得到摆正后样品3D模型；步骤30,模型补全：对摆正后样品3D模型进行补全,够得到样品摆正且完整无窟窿的3D模型；步骤40,体积计算：通过积分体积算法,计算得到待测物体的真实体积。非接触式测量异形物体排水体积的装置具有体积测量精度高,并降低设备成本的优点。(The invention relates to the technical field of visual identification, in particular to a device for measuring the drainage volume of a special-shaped object in a non-contact way, which comprises the following steps: step 10, three-dimensional reconstruction: acquiring original data by using 3D data acquisition equipment based on an optical sensor, and finishing three-dimensional reconstruction of a sample by using a three-dimensional reconstruction algorithm to obtain a primary 3D model of the sample; step 20, attitude calculation: detecting the characteristics of the preliminary 3D model of the sample, completing the posture calculation of the preliminary 3D model of the sample, and obtaining the corrected 3D model of the sample by recovering the physical real posture of the sample; step 30, model completion: completing the 3D model of the sample after the sample is placed, so as to obtain a 3D model with the sample placed and without a hole; step 40, volume calculation: and calculating to obtain the real volume of the object to be measured by an integral volume algorithm. The device for measuring the drainage volume of the special-shaped object in a non-contact manner has the advantages of high volume measurement precision and reduced equipment cost.)

一种非接触式测量异形物体排水体积的装置

技术领域

本发明涉及视觉识别技术领域，特别是非接触式测量异形物体排水体积的装置。

背景技术

应用场景1：仓库堆货的真实体积测量

解释：对于仓库的管理者来说，需要经常核对当前仓库的一堆货品的真实体积(即排水体积)，例如：需要快速且准确获知当前仓库内煤堆的真实质量和真实体积，并据此来确定需要多少运输货车。真实体积的测量方式一般是目测，非常不准确而且依赖熟练工的经验。本发明可以有效地解决这个问题，快速且十分精准的测量出真实体积(排水体积)的大小。

应用场景2：货车装载率实时计算

解释：货运公司为了能够更加高效的调运货车，需要能够实时且准确的获知各个货车当前的装载率(装载率＝(1-货车车厢未使用体积)/货车车厢的总体积)，传统方式也是依赖货车司机目测汇报，十分不准确，且高度依赖货车司机的经验和责任心。本发明可有效的解决这个问题，快速且十分准确的测量出货车未使用真实体积大小，进一步解算出装载率，且不受人为因素的干扰。

现有方案1：目测解释：通过肉眼去目测样品的真实体积(即排水体积)；现有方案2：尺测通过皮尺，卡尺等方式测量样品真实体积(即排水体积)；现有方案3：排水法/排气法：通过测定由于样品测试腔放入样品所引起的样品测试腔液体(或气体)容量的减少来精确测定样品的真实体积(即排水体积)；现有方案4：密度法：在可得到样品平均密度的前提，通过测量样品质量，来测定样品的真实体积(即排水体积)；现有方案5：外包盒法：通过深度相机等工具获取样品的三维模型，再利用凸包算法获取最小包围方盒，通过解算方盒体积来估算样品的真实体积(即排水体积)。

现有方案1-4中，缺点是体积测量结果误差较大；现有方案5的设备成本高昂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的非接触式测量异形物体排水体积的装置，其具有体积测量精度高，并降低设备成本的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种非接触式测量异形物体排水体积的装置，其使用方法包括如下步骤：

步骤10，三维重建：使用基于光传感器的3D数据采集设备进行采集原始数据，使用三维重建算法完成样品的三维重建，得到样品的初步3D模型；

步骤20，姿态解算：检测样品初步3D模型的特征检测，完成样品初步3D模型姿态解算，通过恢复样品物理真实姿态，得到摆正后样品3D模型；

步骤30，模型补全：对摆正后样品3D模型进行补全，够得到样品摆正且完整无窟窿的3D模型；

步骤40，体积计算：通过积分体积算法，计算得到待测物体的真实体积。

作为优选的，所述基于光传感器的3D数据采集设备包括RGBD相机、激光雷达或光幕。

作为优选的，所述三维重建算法包括Kintinuous算法、ElasticFusion算法、InfiniTAM算法、BundleFusion算法或Loam算法。

作为优选的，在步骤30中，包括

步骤31：将摆正后样品3D模型重投影到底面；

步骤32：构建摆正后样品3D模型的动态缺陷点队列；

步骤33：对摆正后样品3D模型的动态缺陷点逐个进行补全。

作为优选的，在步骤40中，包括

步骤41：剔除样品摆正且完整无窟窿的3D模型中多余数据；

步骤42：寻找样品摆正且完整无窟窿的3D模型的基准平面；

步骤43：采样累加求和方式求解积分体积，以获得计算样品真实体积。

使用本发明的有益效果是：

本装置可全自动测量样品体积，不依赖人工，测量准确度高，对被测样品的材质也形状无要求。

附图说明

图1为非接触式测量异形物体排水体积的装置的使用流程图。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

一种非接触式测量异形物体排水体积的装置，其使用方法包括如下步骤：

步骤10，三维重建：使用基于光传感器的3D数据采集设备进行采集原始数据，使用三维重建算法完成样品的三维重建，得到样品的初步3D模型；

步骤20，姿态解算：检测样品初步3D模型的特征检测，完成样品初步3D模型姿态解算，通过恢复样品物理真实姿态，得到摆正后样品3D模型；

步骤30，模型补全：对摆正后样品3D模型进行补全，够得到样品摆正且完整无窟窿的3D模型；

步骤40，体积计算：通过积分体积算法，计算得到待测物体的真实体积。

作为优选的，所述基于光传感器的3D数据采集设备包括RGBD相机、激光雷达或光幕。

作为优选的，所述三维重建算法包括Kintinuous算法、ElasticFusion算法、InfiniTAM算法、BundleFusion算法或Loam算法。

作为优选的，在步骤30中，包括

步骤31：将摆正后样品3D模型重投影到底面；

步骤32：构建摆正后样品3D模型的动态缺陷点队列；

步骤33：对摆正后样品3D模型的动态缺陷点逐个进行补全。

作为优选的，在步骤40中，包括

步骤41：剔除样品摆正且完整无窟窿的3D模型中多余数据；

步骤42：寻找样品摆正且完整无窟窿的3D模型的基准平面；

步骤43：采样累加求和方式求解积分体积，以获得计算样品真实体积。

实施例1

使用包括但不限于RGBD相机，激光雷达，光幕等“基于光传感器的3D数据采集设备”进行采集原始数据，再通过包括但不限于Kintinuous，ElasticFusion，InfiniTAM，BundleFusion,Loam等三维重建算法完成样品的三维重建，得到样品的初步3D模型。

受制于“基于光传感器的3D数据采集设备”本身的缺陷，初步3D模型在数据完整度方面通常是有缺陷的，具体体现为在样品的多个表面往往存在无法获知数据的窟窿，甚至一整个表面所有数据的缺失。

另外，初步3D模型的空间姿态是任意的，需要从任意姿态恢复成物理真实姿态，即摆正。

姿态是指待测物体的3D旋转状态，通常用如下的3*3旋转矩阵表示。

通过基于关键点检测，关键边线检测，关键平面检测等特征检测技术的姿态解算，可以恢复样品物理真实姿态，即摆正，摆正后方便顺利进行后续操作。通过姿态计算能够得到摆正后样品3D模型。

受制于“基于光传感器的3D数据采集设备”本身的缺陷，初步3D模型在数据完整度方面通常是有缺陷的，具体体现为在样品的多个表面往往存在无法获知数据的窟窿，甚至一整个表面所有数据的缺失。

为了正确且准确的计算待测物体真实的排水体积，必须要把这些窟窿进行补全。

具体实施流程如下：第一步：重投影到底面。第二步：构建动态缺陷点队列。第三步：缺陷点逐个进行补全。通过“模型补全”操作能够得到样品摆正且完整无窟窿的3D模型。

通过积分体积算法，计算得到待测物体的真实体积(即排水体积):

具体实施流程如下：第一步：剔除多余数据。第二步：寻找基准平面。第三步：采样累加求和方式求解积分体积。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。