[发明专利]一种基于图像的体积测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及物体体积测量领域，尤其涉及一种基于图像的体积测量装置及其测量方法。

技术背景

在科学研究和工业生产中，很多情况下需要得到相关物体的体积，但是又不方便直接测量，如被测物质具有易燃，易爆，剧毒等特性的情况。这时，需要一种区别于传统方法的非接触体积测量装置和测量方法。

此外，在干粉物料投料领域，也需要动态的测量物料的体积。尤其是在药物生产过程中，粉末状药物的包装非常重要，现阶段的药物生产线均采用自动方式进行填装，为了保证每粒产品的药剂量相同，一般是采取填装时间相同的方式进行控制。但是，由于不同批次的药物具有不尽相同的物理性质，如可压缩性、流散性、粘滞性、密度、目数、吸潮性等。这样，就存在一个问题，不同批次的每粒产品的包装时间相同，药剂量却不一样。

为了保证单粒药物之间的药剂量相同，在包装开始前就应该对每批药物粉末的相关性能指标进行研究。最直接的办法就是模拟药物的自动填装过程，让被测药物从漏斗中落下，漏斗下方安放一个透明玻璃杯，测量药物的堆积体积和时间的关系曲线。在药物包装时，根据该批药物的堆积体积和时间的关系曲线，调整单粒药物的填装时间，以此来保证每粒药物的药剂含量相同。因此，也就需要一个非接触式动态体积测量装置，及时得到药物的堆积体积和时间的关系曲线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投资费用少、测量速度快、精度高的基于图像的体积测量装置和测量方法，能够非接触地对物体进行体积测量，也能够方便地进行体积的动态测量。

本发明的基本原理是通过三个摄像头从不同角度采集被测物体的平面图像，然后根据上述平面图像，利用计算机重构被测物体的三维形状，最后根据被测物体的三维形状计算出被测物体的体积。对于体积动态变化的物体，可以进行动态测量。

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：

1、一种基于图像的体积测量装置，其特征在于，包括图像采集装置和计算机，所述图像采集装置含有载物台、以及对称设置在载物台上的三个摄像头，所述三个摄像头俯角相同，被测物体位于载物台中心，所述计算机控制三个摄像头采集被测物体图像，利用图像重构得到被测物体的三维形状，计算出被测物体的体积。

所述三个摄像头的内部晶振频率相同。

所述三个摄像头共用一个外部晶振代替其内部晶振。

所述摄像头采用迈德克斯MS-讯雷2USB2.0摄像头。

2、一种基于图像的体积测量方法，以上述基于图像的体积测量装置为基础，其特征在于，包括以下步骤：

摄像头标定：首先制作标定板，标定板上设置标定图像，变换标定板位置，每个摄像头分别拍摄标定板，采集图像，进行标定，得到每个摄像头的内外参数；

图像采集：将被测物体置于载物台中心，计算机控制三个摄像头对被测物体拍摄，采集图像输入计算机；

图像预处理：计算机采用图像平滑算法对所采集图像进行处理，去除图像中的干扰以及无用信息；

图像边缘提取：采用二值化的方法对图像进行二值化处理，得到被测物体三个方向的外形轮廓；

坐标变换：根据镜头光学成像的原理以及摄像头标定得到的内外参数，得到被测物体的三维空间坐标，将被测物体的三维空间坐标系转换为计算机坐标系，得到被测物体的计算机坐标；

三维重构：首先构建正方体，该正方体的三条相连底边分别为计算机坐标系的三个坐标轴，然后在该正方体内绘制三维点；

体积计算：根据被测物体图像的分辨率和正方体代表的体积，计算每个三维点所代表的体积，统计被测物体的所有三维点，得到被测物体的实际体积。

本发明用于动态测量体积，只需在一定时间间隔内重复上述2-6步骤就可以实现。

本发明测量装置的主要部件采用摄像头和计算机，造价便宜，成本低；本发明测量方法主要由计算机自动完成，操作简单，而且检测结果直观、可靠；由于测量结果可以精确到三维点代表的体积，因此，测量精度高。本发明可以广泛应用于医药、化工、食品、环保、水处理、建材、粮食等行业的微量粉状、颗粒状物料的连续定量投加、配料工艺中的干粉投料等领域。

附图说明

图1为本发明测量装置的图像采集装置俯视图。

图2为本发明测量装置中三个摄像头的安装示意图。

图3为本发明测量方法的流程图。

图4为摄像头标定板。

图5为摄像头光路图，其中1-被测粉末，2-镜头，3-CCD

摄像参数

H_min＝210mm，

W_mask_min＝175mm