[发明专利]一种基于多线结构光图像识别的单目视觉箱体体积测量方法

权利要求书

1.一种基于多线结构光图像识别的单目视觉箱体体积测量方法，其特征在于，采用单目视觉箱体体积测量系统进行测量，将二维图像上多线结构光与箱体边缘的交点换算到三维坐标下，计算箱体长度、宽度和高度，进而计算箱体体积，具体操作步骤如下：

1)相机标定和多线结构光平面参数获取：分别向标定板投射井字形结构光，双平行线结构光，十字交叉型结构光，拍摄多张标定板图片，使用张正友标定法，得到此单目视觉箱体体积测量系统中相机的内参矩阵K，相机的畸变系数k₁,k₂,k₃，对拍摄的标定板图片进行畸变校正；拍摄多张分别带有井字形结构光，双平行线结构光，十字交叉型结构光的标定板图片，通过图像处理获得激光光条中心的坐标，根据相机的内参矩阵K，相机的畸变系数k₁,k₂,k₃和靶平面平面方程计算得到激光光条中心各点对应的相机坐标，最后使用最小二乘法进行平面拟合，得到多线结构光平面方程；

2)二维坐标映射到三维空间坐标的计算：利用相机的内参数矩阵K和多线结构光平面方程，将图片上的线结构光与箱体边缘的交点坐标由像素坐标系换算到相机坐标系；

3)使用深度学习方法进行箱体边缘检测和激光中心线提取：通过加入拍摄的含有激光线和箱体的数据集，对深度学习方法的卷积层和池化层数进行训练，最后优化输出边缘概率图，得到含有箱体边缘和激光线的显著性边缘区域；对图像的边缘概率图进行二值化操作，然后在二值化图像上进行霍夫变换，找到全部的直线，之后进行直线聚类和端点检测；

4)箱体体积测量：用井字形结构光测量箱体的第一个箱体面得到箱体长度和宽度，之后使用双平行线结构光测量相邻面得到箱体高度，进而计算箱体体积；对于细长箱体，使用十字交叉型结构光对箱体进行测量；得到多线结构光与箱体边缘的交点坐标后，根据结构光三角测量理论将交点坐标换算到三维坐标系下计算长度和宽度，之后使用双平行线结构光测量相邻面得到箱体高度，进而计算箱体体积。

2.根据权利要求1所述的一种基于多线结构光图像识别的单目视觉箱体体积测量方法，其特征在于，所述步骤1)中，采用改进的张正友相机标定方法标定相机，利用相机拍摄分别带有井字形结构光，双平行线结构光，十字交叉型结构光的不同角度、深度的图像，获取相机的内参外参和畸变系数，以此来获取世界坐标系与相机坐标系，相机坐标系和像素坐标系之间的关系，对图片进行畸变校正；通过图像处理提取图中标定靶上激光光条中心的像素坐标系中各点的坐标，根据相机的内参矩阵K，相机的畸变系数k₁,k₂,k₃和靶平面平面方程计算得到激光光条中心各点对应的相机坐标系下的坐标，分别进行平面拟合，得到多线结构光平面方程。

3.根据权利要求1所述的一种基于多线结构光图像识别的单目视觉箱体体积测量方法，其特征在于，所述步骤2)中，对于二维图像中激光线上一点P，假设P点为激光平面和箱体的交线上的一点，P点在像素坐标系中坐标设为(u_p,v_p)，P在相机坐标系下的坐标设为P_C(X_pc,Y_pc,Z_pc)，依据相机成像原理和P点在激光平面上得到如下关系：

其中，K为相机的内参数矩阵，A₁、B₁、C₁为多线结构光平面方程的参数；解方程组，得到P点在相机坐标系下的坐标P_C(X_pc,Y_pc,Z_pc)。