[发明专利]一种测算表面弱纹理且不规则堆料体积的装置及方法

权利要求书

1.一种测算表面弱纹理且不规则堆料体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在料堆正上方合适位置设置双目相机，对双目相机进行标定操作，获得标定参数；

(2)在料堆上方合适位置处设置照明灯和由若干个线激光器组成的激光器组，以激光器组在料堆表面投射激光网格；利用双目相机按设定的时间间隔进行拍摄，实时采集料堆表面的左图像和右图像；

(3)对双目相机获取的料堆表面的左图像和右图像进行校正和预处理，然后进行边缘检测，得到边缘图像；

(4)对边缘检测后的左右图像进行遍历，寻找激光网格在两幅边缘图像上的位置；利用两幅边缘图像上激光位置差异计算视差，进一步计算出激光网格上各像素的深度值；

(5)根据激光网格上各像素的深度值，计算料堆表面各像素点的高度值；然后建立三维坐标系下的料堆模型，基于积分原理计算料堆的实时体积值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱纹理且不规则堆料是指：垃圾堆料、秸秆堆料、粮食堆料或煤堆料中的任意一种，且堆料表面具有表面凹凸不平、纹理不清晰或特征不够明显的特点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述标定操作是指通过张正友棋盘标定法计算双目相机的标定参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述校正是指利用MATLAB软件将标定参数传入rectifyStereoImages函数，获取校正后的料堆表面左右图像；所述预处理是指对校正后的图像进行灰度化和二值化处理获得二值图像，再依次进行噪声滤波处理和形态学处理得到预处理后的图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：

(4.1)按从左到右、从上到下的顺序，对边缘检测后的左右图像的每个像素进行遍历，寻找激光网格的位置并记录位置信息；

(4.2)利用图像与激光网格相对应的每个像素之间存在的横坐标差异，计算视差d＝|x_l-x_r|；

(4.3)根据深度公式计算激光网格上每个像素点的深度信息Z_ij；

式中，f为双目相机的焦距；B为双目相机的两条中心轴线的距离(用游标卡尺测量)；d为步骤(4.2)计算获得的视差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中具体包括如下计算过程：

(5.1)将双目相机距离料斗底部的高度H减去激光网格像素点的深度信息Z_ij，获得各像素点的高度h_ij；根据各像素点的高度信息和位置信息，建立三维坐标系下的料堆模型；

(5.2)利用双目相机的分辨率X×Y、视野角θ以及激光网格上每个像素点的深度信息Z_ij，以及关系式求取每个像素点对应的大小a_ij；

(5.3)已知料堆表面左右两部分的图像上激光网格横纵条数比为n×m，将每个像素点基于积分原理，计算料堆的总体积

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：对设定时间间隔内的料堆体积变化情况进行记录，并将前后时刻的体积值做差值运算，获得料堆体积变化速率。

8.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，包括双目相机；其特征在于，还包括激光器组、照明灯和上位工控机，双目相机通过信号线连接至上位工控机；激光器组设于料堆上方合适位置，是由若干个线激光器组成，用于发出激光网格并均匀投射于料堆表面；双目相机由两个参数结构完全相同的工业相机水平并列连接组成，位于料堆正上方合适位置且镜头向下。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括由竖杆和横杆连接而成的倒L型的铁架杆，所述激光器组、照明灯和双目相机固定安装在横杆上。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上位工控机中内嵌了左右图像预处理模块、料堆高度计算模块、料堆体积计算模块；其中，

左右图像预处理模块，用于对双目相机获取的料堆表面的左图像和右图像进行校正预处理和边缘检测；

料堆高度计算模块，用于对边缘检测后的左右图像进行遍历，寻找激光网格在两幅边缘图像上的位置；利用两幅边缘图像上激光位置差异计算视差，然后通过视差计算出激光网格上各像素的深度值；

料堆体积计算模块，用于根据激光网格上各像素的深度值，计算料堆表面各像素点的高度值；然后建立三维坐标系下的料堆模型，基于积分原理计算料堆的实时体积值。