[发明专利]基于三维相机的目标体积、质量与密度测量方法

说明书

本发明公开了基于三维相机的目标体积、质量与密度测量方法，利用三维相机、电子秤与亚克力板搭建质量体积测量系统；将目标置于体积测量展台上，利用电子秤测量得出目标质量M；利用质量体积测量系统对展台上目标进行成像，得到目标的点云图像与灰度图像；对点云图像进行滤波处理并对灰度图像进行图像自适应阈值二值化操作与边缘检测处理，得到目标的深度信息以及像素区域信息，进而推导出目标体积测量公式；根据目标体积测量公式计算得到目标体积；通过计算得出目标平均密度。本发明所提方法可利用灰度图像计算选定圆柱类目标底面半径，利用深度信息计算选定圆柱类目标体积与密度，对选定圆柱类目标的体积、质量与密度可进行较为准确的估计。

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种基于三维相机的目标成像与体积测量技术。

背景技术

三维相机是机器视觉技术领域中得到广泛应用的深度相机，在无人驾驶、机器人导航、手机人脸解锁、三维建模、体感游戏以及体积测量等领域都具有广泛应用。国内现有的体积测量技术主要是采用检测光幕、测量光栅的光幕体积测量，但其存在诸多缺点，例如测量光幕的精度主要靠两个光束间距决定的，一般两个光束的间距约为1cm，而采用3D视觉测量平均精度是5mm，其次光幕体积测量法的测量速度较慢，要依靠传送带传送，给实际作业带来诸多不便。近年来，三维相机因其功能强大，在手机人脸解锁、三维建模、无人驾驶等领域得到广泛应用。因此，如何利用三维相机进行体积测量是一个重要的研究领域。

梅特勒-托利多(常州)测量技术有限公司等发表的期刊“包裹体积测量中关于底平面重建的研究”(《常州工学院学报》，第34卷，第1期，第47-51页，2021)提出了一种在测量前对底平面重建的方法来提升数据准确性。该方法采用双目相机进行底面重建，从而获取深度数值数据产生误差，将数据输入测量软件中，对包裹进行测量实验。该方法的不足之处是：只利用深度数值算法对底平面进行了重建，无法实现对包裹体积及密度的测量，在实际应用中存在一定局限性。

刘慧泉等人申请的专利“一种3D相机体积测量方法及系统”(专利申请号CN201811141066.7，申请公布号CN109443196A)公布了一种体积测量方法，该方法采用三维相机对选定被测物进行测量，利用深度信息划分被测物轮廓，从而进行体积测量，该方法的不足之处是：当方形物体不与相机视场平行时，无法对选定被测物进行体积测量，存在局限性。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于三维相机的体积、质量与密度的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于三维相机的目标体积、质量与密度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、利用三维相机、电子秤与亚克力板构建质量体积测量系统；电子秤设置于亚克力板上，三维相机位于亚克力板上方，三维相机与亚克力板距离高度为h，电子秤的高度为h₁；

步骤二、将选定圆柱体目标置于电子秤上，测量得出选定圆柱体目标质量M；

步骤三、利用三维相机对选定圆柱体目标进行成像，得到选定圆柱体目标的点云图像P与选定圆柱体目标的灰度图像I；

步骤四、对选定圆柱体目标的点云图像进行滤波处理，得到选定圆柱体目标的深度信息；

步骤五、对选定圆柱体目标的灰度图像进行图像自适应阈值二值化操作与边缘检测处理，得到选定圆柱体目标的像素区域信息；

步骤六、根据选定圆柱体目标的深度信息和选定圆柱体目标的像素区域信息，得到目标体积测量公式；

步骤七、根据目标体积测量公式计算得到选定圆柱体目标体积；

步骤八、利用选定圆柱体目标质量和选定圆柱体目标体积，计算得出选定圆柱体目标平均密度。