[发明专利]一种物流箱体积重量测量系统及其实现方法

权利要求书

1.一种物流箱体积重量测量系统，其特征在于，包括安装架，以及设置在所述安装架上的传送带、电子秤、牛眼滚珠板、微调支架、信号处理系统、X方向微调部件、Y方向微调部件、Z方向微调部件、LED条形光源、工业相机和激光测距模块，其中，所述传送带设置在所述牛眼滚珠板的左右两侧，所述电子秤设置在所述牛眼滚珠板的下方；所述X方向微调部件、Y方向微调部件、Z方向微调部件、LED条形光源、工业相机和激光测距模块都设置在所述微调支架上，且所述X方向微调部件、Y方向微调部件、LED条形光源、工业相机和激光测距模块均设置在所述微调支架的顶部，所述工业相机和激光测距模块并排设置且位于所述牛眼滚珠板正上方，所述LED条形光源设置在所述工业相机和激光测距模块四周且位于所述工业相机和激光测距模块下方；所述X方向微调部件控制所述工业相机和激光测距模块左右移动，所述Y方向微调部件控制所述工业相机和激光测距模块前后移动，所述Z方向微调部件控制所述工业相机和激光测距模块上下移动；

所述工业相机、激光测距模块和电子秤分别与所述信号处理系统相连接；所述信号处理系统设有显示屏；

所述物流箱体积重量测量系统的实现方法包括如下步骤：

步骤一，启动物流箱体积重量测量系统，工业相机、激光测距模块、LED条形光源、电子秤和信号处理系统开始工作，调节X方向微调部件、Y方向微调部件和Z方向微调部件；

步骤二，进行工业相机的内参数、外参数和畸变系数的标定，以及激光测距模块与牛眼滚珠板最高点间距离的标定，并将上述参数录入信号处理系统，具体工作流程如下：

(1)相机标定：

工业相机满足针孔相机模型，设图像坐标向量为其中(u,v)为目标点的像素坐标；相机内参数矩阵为其中f_x,f_y,c_x,c_y分别为x向焦距，y向焦距和光轴中心坐标；相机外参数矩阵为(R|T)，其中R为相机光心坐标系相对于世界坐标系的3×3旋转矩阵，T为相机光心坐标系相对于世界坐标系的3×1平移矩阵；世界坐标向量为其中X,Y,Z为目标点的世界坐标；相机成像模型满足关系式：

其中z_c尺度因子；此外，相机畸变模型满足如下关系：

其中，(x,y)为畸变纠正前的图像物理坐标，(x_cor,y_cor)为畸变纠正后的图像物理坐标，r＝x²+y²,k₁,k₂,k₃,p₁,p₂为相机的3个径向畸变系数和2个切向畸变系数；

相机标定的目的在于求解相机内参数、外参数和畸变系数，将牛眼滚珠板最高点所处平面设为零平面，采用张正友棋盘平面标定法，通过改变棋盘的位置和角度拍摄20张图像，进行相机标定，求解得到相机内参数、外参数和畸变系数；

(2)激光测距模块标定：

将棋盘放置于牛眼滚珠板上，通过激光测距模块测得棋盘与激光测距模块之间的距离，再补偿棋盘的厚度，得到激光测距模块与牛眼滚珠板最高点间距离；

步骤三，选取ROI(Region Of Interest)区域，屏蔽相机视场中牛眼滚珠板以外的区域；

步骤四，将物流箱放入传送带，物流箱通过传送带进入牛眼滚珠板，电子秤探测物流箱的重量，当电子秤的数据稳定时，记录物流箱重量并将数据传送到信号处理系统，之后启动激光测距模块，获取物流箱的高度H；

步骤五，启动基于嵌套循环最大类间方差的物流箱体积识别算法流程，具体工作流程如下：

(1)输入相机内参数f_x、相机外参数T_z、相机畸变系数、物流箱高度H和物流箱图像G₀；

(2)若物流箱高度H小于预设阈值，则返回错误信息给信号处理系统，并启动步骤六；否则利用相机的畸变系数对物流箱图像进行去畸变处理，得到去畸变图像G；

(3)采用最大类间方差法对物流箱图像数据进行第一次二值化处理，分割得到的二值图像B₀中的目标区域为高亮区域，然后定义中间二值图像B_tmp＝B₀；

(4)将二值图像B_tmp取反，得到掩模图像M；

(5)针对与掩模图像M高亮区域相对应的去畸变图像G中的区域进行最大类间方差法的二值化处理，得到类间方差D和高亮目标的二值图像，并将得到高亮目标的二值图像赋给B_tmp，若类间方差D大于预设阈值，则将B_tmp的高亮区域添加到二值图像B₀中，并回到步骤五(4)，否则进行下一步处理；

(6)寻找二值图像B₀的最大轮廓，计算并用高亮灰度填充其凸包轮廓C，并计算凸包轮廓C的最小外接矩形的像素长度L、像素宽度W和顶点像素坐标P＝{P₁,P₂,P₃,P₄}；

(7)进行物流箱出界检测及干扰检测，具体工作流程如下：

①输入步骤三得到的ROI信息和步骤五(6)得到的C、L、W和P；

②利用ROI的边界信息，判断并记录顶点像素坐标P中出界的元素；

③若出界顶点个数N大于1，且有两个以上相邻顶点出界，则返回错误信息给信号处理系统，并启动步骤六；否则根据出界的顶点及其相邻两个顶点的坐标和ROI边界信息，利用相似三角形性质，计算出界区域的面积，所得出界区域面积为即其他边界出界情况同理，总出界面积为若无顶点出界，则

④进行干扰检测，计算凸包轮廓C的面积S_C,若面积比小于预设阈值，则返回错误信息给信号处理系统，并启动步骤六；否则启动步骤五(8)；

(8)若步骤五(7)的物流箱出界检测及干扰检测通过，则计算出物流箱体积并将物流箱体积信息返回给信号处理系统；

步骤六，信号处理系统的显示屏显示物流箱体积及重量信息，或者显示物流箱出界的提示信息。