CN101982727B - 一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法，该方法在车辆行驶通道上沿车辆行驶方向依次设定三个测量点；在每个测量点上安装一个用于感知被测车辆达到以及离开的感知装置；在第一测量点之前的一设定位置安装一个获取被测车辆的车轴数量的感知装置；这四个感知装置用于获取被测车辆的长度；在车辆行驶通道的中线上方安装激光器和摄像机；激光器前加装使激光光束照射在水平面上形成激光条的柱面透镜；利用摄像机拍摄到的激光条在车顶上的长度和位置获取被测车辆的宽度和高度，从而计算出被测量车辆的体积。本发明的货车体积测量方法具有实用性和可靠性，而且可以降低货车体积的测量成本。

Description

一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法，属于非接触测量领域。

背景技术

现在的有关车辆测量方法中用于全车体积测量的很少，大多数是车辆部件的加工误差检测。已有的全车车辆体积测量技术方法是使用脉冲激光三维扫描仪对车辆体积进行测量，具体为：通过安装于车辆行驶通道上部的三维激光扫描仪，对被测车辆进行外轮廓扫描，得到被测车辆外轮廓的三维坐标扫描点集合，三维激光扫描仪与计算机相连，运行在计算机中的专用测量软件实时接收和处理扫描数据，计算出被测物体的体积。该方法的缺点是：①该测量方法的精度取决于脉冲激光三维扫描仪的角分辨率、扫描速度和脉冲激光器的激光发散角。由于激光三维扫描仪的旋转扫描是由步进电机带动，所以频率和角分辨率无法达到太高，所以对大体积物体进行扫描时角分辨率较低，扫描速度慢。现有的激光三维扫描仪的光源都采用半导体激光器，发散角比较大，当被测物体距离较远时，精度下降很快；②目前室外常用的脉冲激光三维扫描仪多采用红外激光光源，车辆顶部覆盖的篷布对红外光线的吸收能力很强，大大降低了该方法的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有方法存在的不足，提出一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法，该方法具有实用性和可靠性，而且可以降低货车体积的测量成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法，其具体测量步骤为：

步骤一、预先设置测量仪器；包括：

在车辆行驶通道上沿车辆行驶方向依次设定三个测量点A、B、C；在三个测量点A、B、C上分别安装一个用于感知被测车辆达到以及离开的装置；在第一测量点A之前的一设定位置安装一个获取被测车辆的车轴数量的装置；第一测量点A和第二测量点B之间的距离为S₁，第一测量点A和第三测量点C之间的距离为S₂；

优选的，第一测量点A和第二测量点B之间的距离为S₁为9.96米；第一测量点和第三测量点之间的距离为S₂为17.06米。

在车辆行驶通道的中线上方安装激光器和摄像机，并且使被测车辆先经过激光器，然后经过摄像机；激光器和摄像机之间的距离S₃为1.3～2米；

优选的，激光器和摄像机之间的距离S₃为1.5米；

使激光器发射的激光光束方向与车辆行驶方向成一固定角度，该固定角度在45～60度范围内；并在激光器前加装使激光光束照射在水平面上形成的光斑展宽为激光条的柱面透镜，该激光条与车辆行驶通道垂直；

优选的，激光器发射的激光光束方向与车辆行驶方向成53度角。

对摄像机进行标定，使摄像机采集到的图像中包含激光光束照射到被测车辆顶部形成的激光条；

步骤二、当被测车辆驶入车辆行驶通道时，获取被测车辆的长度L、宽度信息和高度信息；

在本步骤二中，所述长度L的获取过程包括：

第11步：当被测车辆经过所述获取被测车辆的车轴数量的装置时，该装置获取被测车辆的车轴数量n；

第12步：当被测车辆的车头部分到达第一测量点A时，记录该时刻t₁；当被测车辆的车头部分到达第二测量点B时，记录该时刻t₂；当被测车辆的车头部分到达第三测量点C时，记录该时刻t₃；当被测车辆的车尾部分离开第一测量点A时，记录该时刻t′₁；

第13步：如果第11步得到的车轴数量n≤4，则使用公式(1)得到车长L；如果第11步得到的车轴数量n＞4，则使用公式(2)得到车长L。

$L=\frac{S_1}{t_2-t_1}\×(t_1^{\′}-t_1)---\left(1\right)$

$L=\frac{S_2}{t_3-t_1}\×(t_1^{\′}-t_1)---\left(2\right)$

经过上述步骤，即可获取被测车辆的长度L。

在本步骤二中，所述宽度信息和高度信息的获取过程包括：

第21步：当被测车辆的车头经过摄像机时，激光器和摄像机同时开始工作；摄像机采集图像，摄像机每秒钟采集图像的数量不少于10幅。当被测车辆的车尾经过摄像机时，激光器和摄像机同时停止工作。此时摄像机共采集m(m为正整数)幅图像。

第22步：依次从第21步摄像机采集的m幅图像中，提取出激光条的长度和位置信息，经过处理后得到在第i(1≤i≤m)幅图像中被测车辆的高度h_i和宽度W_i。

步骤三、得到被测车辆的体积V；

在步骤一和步骤二的基础上，运用公式(3)获得被测车辆的体积V：

$V=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i}{m}\×L---\left(3\right)$

其中：S_i＝W_i×h_i。

经过上述步骤的操作，即可获得被测车辆的体积V。

本发明提出的一种基于激光三角测量法的货车体积测量装置与已有货车体积测量装置相比，具有以下优点：

①本发明未采用激光三维扫描仪，而是采用图像测量的方法，因此测量速度和精度不会受到激光三维扫描仪的旋转扫描频率和角分辨率的影响，避免了现有技术中采用激光三维扫描仪对大体积物体进行扫描时角分辨率较低、扫描速度慢的缺陷。

②该测量方法中，各种测试仪器的安置位置没有特定要求，测试仪器使用量较少，从成本及稳定性方面来讲其实用性较好。

③本发明采用激光光束，未采用红外激光光源，因此车辆顶部覆盖的篷布不会对激光光束造成影响，从而不会影响该方法的可靠性。

附图说明

图1为关于本发明基于激光三角测量法的货车体积测量装置的一种具体实施方式的工作原理示意图。

其中：1-激光器；2-摄像机；3-柱面透镜；10-激光条；11-被测车辆；13-车轴探测器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明。

在高速公路绿色通道检测中，使用比重检测法检测车辆载重物品中是否夹带有其他不符合要求的物品。在比重检测法中一项很重要的工作是测量被测车辆的体积。使用本发明方法测量被测车辆的体积的流程如图1所示，具体为：

实施例1：

步骤一、获取被测车辆的长度L，具体操作为：

第1步：在高速公路绿色通道中上沿车辆行驶方向依次设定三个测量点A、B、C；第一测量点A和第二测量点B之间的距离为S₁为9.96米；第一测量点和第三测量点之间的距离为S₂为17.06米。在三个测量点A、B、C上分别安装一个用于感知被测车辆达到以及离开的光电触发器；在第一测量点A之前10米处安装一个获取被测车辆的车轴数量的车轴探测器13；

第2步：当被测车辆11经过车轴探测器13时，该装置获取被测车辆的车轴数量n＝4；

第3步：当被测车辆11的车头部分到达第一测量点A时，记录该时刻t₁＝225430756342；当被测车辆11的车头部分到达第二测量点B时，记录该时刻t₂＝225430772942；当被测车辆11的车头部分到达第三测量点C时，记录该时刻t₃；当被测车辆11的车尾部分离开第一测量点A时，记录该时刻t′₁＝225430775130；

第4步：第2步得到的车轴数量n≤4，因此使用公式(1)得到车长L。

$L=\frac{S_1}{t_2-t_1}\×(t_1^{\′}-t_1)=11.273---\left(1\right)$

经过上述步骤，即可获取被测车辆11的长度L为11.273米。

步骤二、获取被测车辆的宽度信息和高度信息；具体操作为：

第1步：在车辆行驶通道的中线上方安装激光器1和摄像机2，并且使被测车辆先经过激光器1，然后经过摄像机2；激光器1和摄像机2之间的距离S₃为1.5米；

第2步：使激光器1发射的激光光束方向与车辆行驶方向成53度角，并在激光器1前加装使激光光束照射在水平面上形成的光斑展宽为激光条10的柱面透镜3，该激光条10与车辆行驶通道垂直；

第3步：对摄像机2进行标定，使摄像机2采集到的图像中包含激光光束照射到被测车辆顶部形成的激光条10。

第4步：当被测车辆11的车头经过摄像机2时，激光器1和摄像机2同时开始工作；当被测车辆11的车尾经过摄像机时，激光器1和摄像机2同时停止工作。此时摄像机2共采集75幅图像。

第5步：依次从75幅图像中，提取出激光条的长度和位置信息，经过处理后得到在第i(1≤m≤75)幅图像中被测车辆的高度h_i，分别为{273.15，275.27，273.42，......，278.21}；宽度W_i，分别为{245.01，246.1，244.98，......，246.03}。

步骤三、得到被测车辆的体积V；

在步骤一和步骤二的基础上，运用公式3获得被测车辆的体积V：

$V=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i}{m}\×L=76.228---\left(3\right)$

经过上述步骤，即可得到被测车辆的体积V为76.228m³。

实施例2：

步骤一、获取被测车辆的长度L，具体操作为：

第1步：在高速公路绿色通道中上沿车辆行驶方向依次设定三个测量点A、B、C；第一测量点A和第二测量点B之间的距离为S₁为9.96米；第一测量点和第三测量点之间的距离为S₂为17.06米。在三个测量点A、B、C上分别安装一个用于感知被测车辆达到以及离开的光电触发器；在第一测量点A之前10米处安装一个获取被测车辆的车轴数量的车轴探测器13；

第2步：当被测车辆11经过车轴探测器13时，该装置获取被测车辆11的车轴数量n＝6；

第3步：当被测车辆11的车头部分到达第一测量点A时，记录该时刻t₁＝225481026743；当被测车辆11的车头部分到达第二测量点B时，记录该时刻t₂；当被测车辆11的车头部分到达第三测量点C时，记录该时刻t₃＝225481065155；当被测车辆的车尾部分离开第一测量点A时，记录该时刻t′₁＝225481069468；

第4步：第2步得到的车轴数量n＞4，因此使用公式(2)得到车长L。

$L=\frac{S_2}{t_3-t_1}\×(t_1^{\′}-t_1)=15.365---\left(2\right)$

经过上述步骤，即可获取被测车辆11的长度L为15.365米。

步骤二、获取被测车辆的宽度信息和高度信息；具体操作为：

第1步：在车辆行驶通道的中线上方安装激光器1和摄像机2，并且使被测车辆先经过激光器1，然后经过摄像机2；激光器1和摄像机2之间的距离S₃为1.5米；

第2步：使激光器1发射的激光光束方向与车辆行驶方向成53度角，并在激光器1前加装使激光光束照射在水平面上形成的光斑展宽为激光条10的柱面透镜3，该激光条10与车辆行驶通道垂直；

第3步：对摄像机2进行标定，使摄像机2采集到的图像中包含激光光束照射到被测车辆顶部形成的激光条10；

第4步：当被测车辆11的车头经过摄像机2时，激光器1和摄像机2同时开始工作；当被测车辆11的车尾经过摄像机时，激光器1和摄像机2同时停止工作。此时摄像机2共采集93幅图像。

第5步：依次从93幅图像中，提取出激光条的长度和位置信息，经过处理后得到在第i(1≤m≤93)幅图像中被测车辆的高度h_i，分别为{323.42，325.17，321.42，......，331.29}；宽度W_i，分别为{251.13，249.57，250.98，......，251.03}。其中，激光条的长度反映车辆的宽度W_i，激光条的位置信息反映车辆的高度h_i，由于激光条是倾斜照射下来的，因此激光条在不同高度的车上成像位置不同，由此可以计算出车辆的高度h_i。

步骤三、得到被测车辆的体积V；

在步骤一和步骤二的基础上，运用公式3获得被测车辆的体积V：

$V=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i}{m}\×L=124.84---\left(3\right)$

经过上述步骤，即可得到被测车辆的体积V为124.84m³。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于激光三角测量法的货车体积测量方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、在车辆行驶通道上沿车辆行驶方向依次设定三个测量点A、B、C；在三个测量点A、B、C上分别安装一个用于感知被测车辆达到以及离开的装置；在第一测量点A之前的一设定位置安装一个获取被测车辆的车轴数量的装置；第一测量点A和第二测量点B之间的距离为S₁，第一测量点A和第三测量点C之间的距离为S₂；

在车辆行驶通道的中线上方安装激光器和摄像机，并且使被测车辆先经过激光器，然后经过摄像机；激光器和摄像机之间的距离S₃为1.3～2米；

使激光器发射的激光光束方向与车辆行驶方向成一固定角度，该固定角度在45～60度范围内；并在激光器前加装使激光光束照射在水平面上形成的光斑展宽为激光条的柱面透镜，该激光条与车辆行驶通道垂直；

对摄像机进行标定，使摄像机采集到的图像中包含激光光束照射到被测车辆顶部形成的激光条；

步骤二、当被测车辆驶入车辆行驶通道时，获取被测车辆的长度L、宽度信息和高度信息；

所述长度L的获取过程包括：

第11步：当被测车辆经过所述获取被测车辆的车轴数量的装置时，该装置获取被测车辆的车轴数量n；

第12步：当被测车辆的车头部分到达第一测量点A时，记录该时刻t₁；当被测车辆的车头部分到达第二测量点B时，记录该时刻t₂；当被测车辆的车头部分到达第三测量点C时，记录该时刻t₃；当被测车辆的车尾部分离开第一测量点A时，记录该时刻t′₁；

第13步：如果第11步得到的车轴数量n≤4，则使用公式(1)得到车长L；如果第11步得到的车轴数量n＞4，则使用公式(2)得到车长L；

$L=\frac{S_1}{t_2-t_1}\×(t_1^{\′}-t_1)---\left(1\right)$

$L=\frac{S_2}{t_3-t_1}\×(t_1^{\′}-t_1)---\left(2\right)$

所述宽度信息和高度信息的获取过程包括：

第21步：当被测车辆的车头经过摄像机时，激光器和摄像机同时开始工作；摄像机采集图像，摄像机每秒钟采集图像的数量不少于10幅；当被测车辆的车尾经过摄像机时，激光器和摄像机同时停止工作；此时摄像机共采集m幅图像，m为正整数；

第22步：依次从第21步摄像机采集的m幅图像中，提取出激光条的长度和位置信息，经过处理后得到在第i幅图像中被测车辆的高度h_i和宽度W_i，其中1≤i≤m；

步骤三、运用公式(3)得到被测车辆的体积V；

$V=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i}{m}\×L---\left(3\right)$

其中：S_i＝W_i×h_i。

2.如权利要求1所述的基于激光三角测量法的货车体积测量方法，其特征在于，所述第一测量点A和第二测量点B之间的距离为S₁为9.96米；第一测量点和第三测量点之间的距离为S₂为17.06米。

3.如权利要求1所述的基于激光三角测量法的货车体积测量方法，其特征在于，所述激光器和摄像机之间的距离S₃为1.5米。

4.如权利要求1所述的基于激光三角测量法的货车体积测量方法，其特征在于，所述激光器发射的激光光束方向与车辆行驶方向成53度角。

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