CN113281777A - 一种货物体积动态测量方法及其测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种货物体积动态测量方法，该货物体积动态测量方法包括开启三个激光雷达并根据三个激光雷达之间的相互姿态进行标定，使得三个激光雷达所采集到的数据统一到同一坐标系下；判断叉车上是否有货物，若是，三个激光雷达对货物进行测量得到测量数据；根据测量数据进行三维重建以得到货物点云模型；根据货物点云模型测量货物体积。因此相对于现有技术，本发明实施例具有快速、简便、高效、测量范围大，且准确地测量到货物体积。本发明实施例还提供一种货物体积动态测量装置同样具有上述效果。
Description
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及一种货物体积动态测量方法及其测量装置。
背景技术
在物流行业中，有时候需要根据物体的体积进行收费，因此需要对揽收的货物的体积进行测量；或者在货物的仓储存放和运输装载的时候，需要知道仓库或者车厢中能否装载得下一批货物，那么就需要测量货物的体积。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种货物体积动态测量方法及其测量装置。
本发明实施例的第一方面提供一种货物体积动态测量方法，包括以下步骤：
开启三个激光雷达并根据三个激光雷达之间的相互姿态进行标定，使得三个激光雷达所采集到的数据统一到同一坐标系下；
判断叉车上是否有货物，若是，所述三个激光雷达对货物进行测量得到测量数据；
根据所述测量数据进行三维重建以得到货物点云模型；
根据所述货物点云模型测量货物体积。
可选地，所述的货物体积动态测量方法还包括：
开启深度相机与所述激光雷达进行数据采集；
每个所述激光雷达通过所述深度相机以及所采集到的数据转换到同一坐标下。
可选地，所述每个所述激光雷达通过所述深度相机以及所采集到的数据转换到同一坐标下的步骤包括：
将深度相机固定在计算出单个激光雷达坐标系到深度相机坐标系的变换矩阵；
依次标定得到两个所述激光雷达到深度相机的变换矩阵，进而将三个所述激光雷达所采集到的数据统一到同一个坐标系下。
可选地，所述变换矩阵为
其中该矩阵中的左上角是一个3×3的旋转矩阵，右上角是3×1的位移向量，左下角是1×3的缩放向量。
可选地，所述判断叉车上是否有货物的步骤包括：
通过所述激光雷达检测光幕是否被遮挡，如果光幕被遮挡则判断有货物。
可选地，所述货物到三个所述激光雷达中最远的距离小于10米为有效数据。
可选地，所述根据所述测量数据进行三维重建以得到货物点云模型的步骤包括：
其中两个激光雷达所检测的数据建立二维坐标x，y；
另一个激光雷达实时获取货物的位置和速度以建立z轴，形成三维点云数据。
可选地，所述根据所述标定数据进行三维重建以得到货物点云模型的步骤之后还包括：
所述货物点云模型边界部分的点云投影到平面之后，得到货物底面的大小，将该平面内货物范围点云补齐，使得点云封闭以得到完整的货物点云模型。
可选地，所述根据所述货物点云模型测量货物体积的步骤包括：
使用vtk库vtkTriangleFilter类对所述货物点云模型进行三角化；
使用vtkMassProperties类提供的GetVolume方法获得所述货物点云模型的体积。
本发明实施例第二方面提供了一种货物体积动态测量装置，该货物体积动态测量装置包括检测架，龙门架以及设置在检测区域的光幕，所述检测架上设置两个检测光线角度为锐角的激光雷达，所述龙门架上设置有另一激光雷达以及深度相机；其中三个所述激光雷达、所述深度相机以及所述光幕相互配合执行如上所述的货物体积动态测量方法。
本发明实施例提供一种货物体积动态测量方法，该货物体积动态测量方法包括开启三个激光雷达并根据三个激光雷达之间的相互姿态进行标定，使得三个激光雷达所采集到的数据统一到同一坐标系下；判断叉车上是否有货物，若是，所述三个激光雷达对货物进行测量得到测量数据；根据所述测量数据进行三维重建以得到货物点云模型；根据所述货物点云模型测量货物体积。因此相对于现有技术，本发明实施例具有快速、简便、高效、测量范围大，且准确地测量到货物体积。本发明实施例还提供一种货物体积动态测量装置同样具有上述效果。
附图说明
图1为本发明一实施例中货物体积动态测量装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中货物体积动态测量方法的流程示意图；
图3为本发明另一实施例中货物体积动态测量方法的流程示意图；
图4为本发明又一实施例中货物体积动态测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中一种货物体积动态测量装置。该货物体积动态测量装置1包括检测架11，龙门架12以及设置在检测区域的光幕13，检测架11上设置两个检测光线角度为锐角的激光雷达111、112，龙门架12上设置有另一激光雷达113以及深度相机121；其中三个激光雷达111，112，113、深度相机121以及光幕13相互配合执行如上的货物体积动态测量方法。其中，深度相机121设置在龙门架12中间处，激光雷达113靠近深度相机121设置。三个激光雷达111，112，113以及深度相机121大致设置于同一水平位置。
本发明实施例中一种货物体积动态测量方法以及一种货物体积动态测量装置，该装置用于配合执行货物体积动态测量方法。
具体地，该货物体积动态测量装置1包括检测架11，龙门架12以及设置在检测区域的光幕13。检测架11上设置两个检测光线角度为锐角的激光雷达111、112，这两个激光雷达从不同角度收集货物的不同位置到激光雷达的距离。龙门架12上设置有另一激光雷达113以及深度相机121，龙门架上的激光雷达从另一个角度获取货物其他位置到激光雷达的数据。其中三个激光雷达111，112，113、深度相机121以及光幕13相互配合执行如上的货物体积动态测量方法。其中，深度相机121设置在龙门架12中间处，激光雷达113靠近深度相机121设置。具体地，叉车在接受检测过程中，先从龙门架12下方经过，再从检测架11下方经过，叉车在行驶过程中，三个激光雷达以及深度相机已完成对叉车上货物体积的测量，实现货物体积动态测量方法。
请参阅图1和2，该货物体积动态测量方法包括以下步骤：
S100：开启三个激光雷达并根据三个激光雷达之间的相互姿态进行标定，使得三个激光雷达所采集到的数据统一到同一坐标系下。
具体地，三个激光雷达为单线激光雷达。根据三个激光雷达之间的相互姿态进行标定，为了后续对三个激光雷达对货物进行测量做准备。
可以理解地，三个激光雷达相对货物处于不同的位置和姿态，进而能够从三个不同的角度采集货物的相关数据。但是三个激光雷达初步所采集的数据并不在同一坐标系下，因此需要进行标定，将三个激光雷达所采集的数据转换到同一坐标系下，为后续步骤做准备。
S110：判断叉车上是否有货物，若是，三个激光雷达对货物进行测量得到测量数据。
可以理解地，当叉车从龙门架下方经过的时候，首先判断叉车上是否有货物，如果有才进行后面的步骤，如果没有则可直接给出检测结果，即车厢的容纳体积即为可再容纳货物的体积。
具体地，货物体积动态测量装置的下部设置一个发光装置，发光装置发出光形成光幕，当叉车经过龙门架和检测架的过程中，光幕照射在物品上。
进一步地，判断叉车上是否有货物的步骤包括通过激光雷达检测光幕是否被遮挡，如果光幕被遮挡则判断有货物，如果光幕没有被遮挡，则说明没有货物，无需再进行后面的检测。
更进一步地，在一实施例中，货物到三个激光雷达中最远的距离小于10米为有效数据，以剔除一些干扰数据，确保数据的真实有效。可理解的是，货物到三个激光雷达中最远的距离小于10米，例如1米，2米，3米，5米，7米，8米，9米等任意自然数。设置在货物前面的激光雷达能够计算出来货物的位置。当有货物通过激光雷达测量区域的时候，激光雷达可以采集到设置的测量区域的数据。为了给增加***的稳定性，使用安装在地面的光幕可以知道是否有货物经过检测区域。当光幕发出的光被遮挡之后，证明在光幕区域内是有东西存在的，因此可以知道有货物在测量区域。例如，设置的采集距离数据离激光雷达的距离在10m内为有效数据，那么当货物在距离激光雷达小于10米的时候才能采集到货物的有效数据，此时便可以知道测量区域有货物。
S120：根据测量数据进行三维重建以得到货物点云模型。
可以理解的，三个激光雷达从不同角度获取货物的相关数据，进而可以得到货物不同维度的数据，进而构建货物的三维点云模型。
具体地，在一实施例中，根据测量数据进行三维重建以得到货物点云模型的步骤包括：其中两个激光雷达所检测的数据建立二维坐标x，y。可以理解地，叉车在行走的过程中，三个激光雷达同时再采集数据，另一个激光雷达实时获取货物的位置和速度以建立z轴，形成三维点云数据。
进一步地，设置在货物前面的激光雷达113能够计算出货物的位置。例如，随着叉车载着货物的运动，激光雷达113可以实时获取货物的位置和速度。设置在检测架11上面的两个激光雷达111，112可以根据前面激光雷达113给出的货物位置信息和自身采集的数据，将原本单线激光雷达的二维信息转化成货物的三维点云，完成整个货物的三维重建过程。此时设置在检测架11上方的两个激光雷达111，112给出的是点云自身坐标系的x，y轴坐标。另外设置在货物前面的激光雷达113给出的货物位置信息作为z轴坐标，那么便可以得到上面两个激光雷达的各自坐标系下的3维点云。在上文所述的标定步骤中，我们可以得到各个激光雷达到彼此坐标系下的变换矩阵，此时需将相应的变换矩阵与其中一个激光雷达得到的点云数据相乘，便可以将点云数据经点云变换公式统一到同一坐标系下。该点云变换公式：
S130：根据货物点云模型测量货物体积。
具体地，知道货物点云模型建立之后即可根据货物点云模型，利用相应的算法获得货物的体积。得到货物的体积累加后可得到车厢的容积率，进而能够判断该车厢的再载货能力。进一步地，根据货物点云模型测量货物体积的步骤包括使用vtk库vtkTriangleFilter类对货物点云模型进行三角化；使用vtkMassProperties类提供的GetVolume方法获得货物点云模型的体积。
请参阅图3，本发明实施例中一种货物体积动态测量方法。该货物体积动态测量方法还包括：
S200：开启深度相机与激光雷达进行数据采集。
具体地，开启深度相机与激光雷达进行数据采集。其中，深度相机与激光雷达可在三个激光雷达之间的相互姿态进行标定时同时开启进行数据采集。深度相机也可以在三个激光雷达之间的相互姿态进行标定后在开启进行数据采集，在此不做特别限定。
S210：每个激光雷达通过深度相机以及所采集到的数据转换到同一坐标下。
具体地，每个激光雷达通过深度相机以及所采集到的数据转换到同一坐标下的步骤包括将深度相机固定在计算出单个激光雷达坐标系到深度相机坐标系的变换矩阵；依次标定得到两个激光雷达到深度相机的变换矩阵，进而将三个激光雷达所采集到的数据统一到同一个坐标系下。
变换矩阵为
其中该变换矩阵中的左上角是一个3×3的旋转矩阵，右上角是3×1的位移向量，左下角是1×3的缩放向量。其中，左下角是1×3的缩放向量，由于坐标系的转换是刚体转换，不存在缩放，该缩放向量为全零。
重复上述的步骤，分别将三个激光雷达与深度相机进行标定，得到三个激光雷达坐标系到深度相机坐标系下的变换矩阵。根据标定得到的各个激光雷达到相机的变换矩阵，可以计算得到各个激光雷达之间的变换矩阵。因此可以将三个激光雷达的数据统一到同一个坐标系中。
请参阅图4，本发明实施例中一种货物体积动态测量方法，根据标定数据进行三维重建以得到货物点云模型的步骤之后还包括：
S300：货物点云模型边界部分的点云投影到平面之后，得到货物底面的大小，将该平面内货物范围点云补齐，使得点云封闭以得到完整的货物点云模型。
可以理解地，通过三个激光雷达采集的数据构建的货物点云模型只是为初步的，还差模型的底部。具体地，三维重建之后得到的货物点云是缺失货物底面的点云，需要将底面点云补充完成之后再进行体积测量。安装在龙门架底部的光幕，可以得到货物距离地面的高度。在这个高度上建立一个与地面平行的平面就是货物的底面所在的平面。将货物边沿的点云投影到该平面上，就可以得到具体货物底面的大小，将该平面内货物范围点云补充完毕，获得封闭点云。
本申请的技术方案，能够采集点云数量多，由于激光雷达帧率可以达到50Hz，角度分辨率0.36°,因此采集生成较多的点云数据点云数据。测量范围大，深度相机在超过3米后的深度距离信息就比较差，而现有的固态激光雷达由于分辨率的问题，导致在测量的货物尺寸过大的时候尺寸误差会增大。本申请技术方案使用三个单线激光雷达的测量方法能够很好地解决这两个问题。本申请的激光雷达测量距离可以达到几十米，甚至上百米也可以得到比较高的精度。现有的固态激光雷达在垂直方向上分辨率的精度不足，本申请采用三个单线激光雷达组成的***中是由货物的运动速度和激光雷达帧率决定的，因此本申请技术方案在垂直方向上分辨率的精度是远高于固态激光雷达。因此相对于现有技术，本发明实施例具有快速、简便、高效、测量范围大，且准确地测量到货物体积。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种货物体积动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
开启三个激光雷达并根据三个激光雷达之间的相互姿态进行标定，使得三个激光雷达所采集到的数据统一到同一坐标系下；
判断叉车上是否有货物，若是，所述三个激光雷达对货物进行测量得到测量数据；
根据所述测量数据进行三维重建以得到货物点云模型；
根据所述货物点云模型测量货物体积。
2.根据权利要求1所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，还包括：
开启深度相机与所述激光雷达进行数据采集；
每个所述激光雷达通过所述深度相机以及所采集到的数据转换到同一坐标下。
3.根据权利要求2所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，所述每个所述激光雷达通过所述深度相机以及所采集到的数据转换到同一坐标下的步骤包括：
将深度相机固定在计算出单个激光雷达坐标系到深度相机坐标系的变换矩阵；
依次标定得到两个所述激光雷达到深度相机的变换矩阵，进而将三个所述激光雷达所采集到的数据统一到同一个坐标系下。
4.根据权利要求3所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，所述变换矩阵为
其中该矩阵中的左上角是一个3×3的旋转矩阵，右上角是3×1的位移向量，左下角是1×3的缩放向量。
5.根据权利要求1所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，
所述判断叉车上是否有货物的步骤包括：
通过所述激光雷达检测光幕是否被遮挡，如果光幕被遮挡则判断有货物。
6.根据权利要求5所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，
所述货物到三个所述激光雷达中最远的距离小于10米为有效数据。
7.根据权利要求1所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，所述根据所述测量数据进行三维重建以得到货物点云模型的步骤包括：
其中两个激光雷达所检测的数据建立二维坐标x，y；
另一个激光雷达实时获取货物的位置和速度以建立z轴，形成三维点云数据。
8.根据权利要求1所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，所述根据所述标定数据进行三维重建以得到货物点云模型的步骤之后还包括：
所述货物点云模型边界部分的点云投影到平面之后，得到货物底面的大小，将该平面内货物范围点云补齐，使得点云封闭以得到完整的货物点云模型。
9.根据权利要求1所述的货物体积动态测量方法，其特征在于，
所述根据所述货物点云模型测量货物体积的步骤包括：
使用vtk库vtkTriangleFilter类对所述货物点云模型进行三角化；
使用vtkMassProperties类提供的GetVolume方法获得所述货物点云模型的体积。
10.一种货物体积动态测量装置，其特征在于，该货物体积动态测量装置包括检测架，龙门架以及设置在检测区域的光幕，所述检测架上设置两个检测光线角度为锐角的激光雷达，所述龙门架上设置有另一激光雷达以及深度相机；其中三个所述激光雷达、所述深度相机以及所述光幕相互配合执行如上权利要求1-9任一项所述的货物体积动态测量方法。
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