[发明专利]一种测量非规则物体体积的方法

权利要求书

1.一种测量非规则物体体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在待测物体的上下左右前后六个边界处放置QR码标签；

B、通过图像采集设备获取待测物体的图像，并根据QR码标签的实际尺寸和图像尺寸以及到图像采集设备的距离，计算QR码标签相对图像采集设备的空间位置关系，并依据其计算待测物体最小外接长方体的长、宽、高尺寸，进而计算待测物体的体积；

在步骤A中，位于待测物体的上下左右前后六个边界的QR码标签分别为上边界标签、下边界标签、左边界标签、右边界标签、前边界标签和后边界标签，上边界标签位于待测物体的最高点，下边界标签放置于水平面，上边界标签和下边界标签间的垂直距离为待测物体最高点到水平面的垂直距离；

左边界标签在正面拍摄状态下、图像采集设备的视野中，位于待测物体的最左点旁，右边界标签在正面拍摄状态下、图像采集设备的视野中，位于待测物体的最右点旁，左边界标签和右边界标签间的水平距离为待测物体的垂直投影到水平面后，得到的投影轮廓的最小外接矩形的长度；

前边界标签在侧面拍摄状态下、图像采集设备的视野中，位于待测物品的最左点旁，后边界标签在侧面拍摄状态下、图像采集设备的视野中，位于待测物品的最右点旁，前边界标签和后边界标签间的水平距离为待测物体的垂直投影到水平面后，得到的投影轮廓的最小外接矩形的宽度；

其中，在放置过程中，用于标识的QR码标签均放置在于地面垂直的平面内，即QR码标签的QR码上下条边平行于地面，QR码左右条边垂直于地面，且图像采集设备的视线平行于地面。

2.根据权利要求1所述的测量非规则物体体积的方法，其特征在于，具体的测量计算过程：

以图像采集设备摄像头的光心为原点，正前方为Z轴正方向，正上方为Y轴正方向，正右方为X轴正方向，建立空间直角坐标系，QR码左右边沿就是两条与Y轴平行的线段，假设摄像头的上下视角为θ，水平视角为θ′，则Z轴坐标z处对应的视野真实高度h_vision为：

QR码的实际长度L相对于Z＝z处视野高度h_vision的比例proportion为：

同时，该比例proportion应该等于图像中的线段长度l比上图像高度h，即：

由公式(2)(3)得：

整理后得到：

在实际测量过程中，L为QR码左右边沿的真实长度，l₁和l₂为QR码左右边沿在图像中的像素长度，h为图像高度，将QR码左侧边沿对应的Z轴坐标记作z₁，右侧边沿对应的Z轴坐标记作z₂，由公式(5)可知：

QR码中心处坐标z₀为其均值，即：

设定QR码偏左时，QR码姿态角β为负，则：

假定QR码的边界点坐标依次为P0(x₀，y₀)，P1(x₁，y₁)，P2(x₂，y2)，P3(x₃，y₃)，考虑到存在畸变情形，QR码的中心点Pc为两条对角线P0P2和P1P3的交点；

设P0P2的方程为：

y＝k₁x+b₁ (9)

可得：

P1P3的方程为：

y＝k₂x+b₂ (11)

可以解得：

两条直线坐标交点的横坐标为：

建立成像模型，其中θ′为水平视角，在空间中，视线水平x方向上，QR码中心处到视野中轴的距离MP和视野中轴到视野边界的距离MN的比值为：

在实际图像中，该比值proportion2为：

由公式(14)(15)整理得：

由成像原理可知，水平视角θ′的正切值和上下视角θ的正切值就是图像的宽与高之比，即：

代入上式(16)中，解得：

由此得到标识QR码在图像采集设备世界坐标系中的姿态信息α，β，z₀；

因此，可求得左右边界标签的距离，即水平投影面的最小外接矩形长length为：

length＝dist_{left_right}＝length1+length2＝z_Ltanα_L+z_Rtanα_R (19)

同理，可求得前后标签的距离，即水平投影面的最小外接矩形宽width为：

设定h_c为待测物体距图像中心的高度，QR码中心距视线水平方向的实际高度CB和QR码中心对应景深处视野边界到视野中心的高度AB的比值为：

在实际图像中，该比值为：

解得：

则待测物体上边缘QR码中点处距成像中心的高度h_up为：

同理待测物体下边缘QR码中点处距成像中心的高度h_down为：

则待测物体的高度height为：

height＝h_up+h_down (26)

则该待测物体体积V为：