基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法及其设备技术

本发明专利技术涉及一种基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法及其设备，其方法包括如下步骤：1）在至少两个维度上获取关于大型散料货堆的多张影像图片，多张影像图片之间具有一定的重合度；2）对步骤1）中所得的多张影像图片进行处理分析，并通过计算得到散料货堆的体积；采用上述技术方案的基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法及其设备，其通过无人机航拍并配合图像分析，从而精确获得散料货堆的体积，并且在日常生产运作中即可完成测量，无需对物料进行处理，以便捷灵活的方式有效提高了企业成本控制能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种产品体积的测量，尤其是一种基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法及其设备。
技术介绍
生产企业在日常生产工作中需涉及大量散装原材料，如矿粉、块矿、焦炭等，并需设置固定场地对其进行存放。随着日常生产中的原材料不断的存入和取出，原料堆难以得到及时的清理以及清点，故而使得清堆周期达到一年甚至更长，进而使得原材料的重量难以得到准确的记录。在存入和取出过程中，尤其是矿产冶金行业，其对原料的称料大量使用了皮带秤进行计量，而皮带秤计量误差较大，难以准确记录原料的存取情况。上述原因导致了按照存入重量和取出重量统计而来的库存量和实际库量存偏差较大，而库存偏差较大给生产带来诸多不利影响，例如库存误差较大，会错误的指导采购品种和采购数量，造成企业资金浪费；或在清堆盘库的时库存盈亏较大，盈亏分摊到当月的成本中，对真实成本影响较大，不利于成本分析。为了解决上述问题，目前市场中的生产企业多采用激光或远红外测距等方法进行料堆体积计算，采用上述方法，其所需的外置设备多且复杂，在成本控制上并无优势；同时测量过程较为繁琐，并且测量结果误差较大，甚至出现明显的错误，故而难以有效的测量散料货堆的体积。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种大型散料货堆体积测量方法及其设备，其可精确测量大型散料货堆的体积，同时在测量过程中具有成本低廉，操作便捷的特点。为解决上述技术问题，本专利技术涉及一种基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法，其包括如下步骤: 1)在至少两个维度上获取关于大型散料货堆的多张影像图片，多张影像图片之间具有一定的重合度； 2)对步骤I)中所得的多张影像图片进行处理分析，并通过计算得到散料货堆的体积。所述步骤I)中的影像图片，其在三个维度上对大型散料货堆进行获取；所述多张影像照片之间的重合度至少为70%。照片之间的重合度越高，在相邻两个时刻拍摄的照片中重合部分越大，在图像处理过程中所得到的散料货堆模型则更为精确。故而在拍摄过程中，确保多种影像图片之间的重合度至少为70%，可有效增加散料货堆体积的测量精度。所述步骤I)中，在三个维度上获取关于大型散料货堆的多张影像图片的方法为，由装配有照相设备的无人机沿一定运动轨迹飞行，在多个位置针对大型散料货堆进行的多次拍摄而获得多张影像图片；所述无人机运动过程中，照相设备始终正对散料货堆的几何中心。作为本专利技术的一种改进，所述无人机的运动轨迹包括，圆心与散料货堆的几何中心在同一竖直线上，且平行于水平面的圆形；所述无人机的运动轨迹所处平面高于散料货堆的顶点，且其在散料货堆底部所在平面上的投影覆盖于散料货堆在该平面的投影。作为本专利技术的一种改进，所述无人机的运动轨迹中所包括的圆形，其半径与正比于散料货堆在其底面所在平面内的投影尺寸；无人机的运动轨迹中所包括的圆形所在平面距离地面高度正比于散料货堆的高度。采用上述设计的无人机运动轨迹，其可有效涵盖散料货堆的范围，并可根据散料货堆的尺寸进行调整，从而使其的运动轨迹处于最佳测量位置。作为本专利技术的一种改进，所述无人机的飞行轨迹在散料货堆底部所在的平面的投影之外，设置有多个红外线发生器；所述与无人机相链接的照相设备外部设置有与红外线发生器相对应的红外线接收器；所述控制照相设备在设定位置对散料货堆进行拍摄的方法为，当无人机通过自红外线发生器发生的红外线在无人机运动轨迹上的投射位置时，照相装置外设置的红外线接收器检测到红外线而自动进行拍摄。采用上述设计，照相设备可根据红外线发生器发射的红外线位置进行拍照，其可使得照相设备在设定的位置对散料货堆进行拍摄；同时照相设备拍照的位置、时刻均可在地面便捷的进行控制与调整，避免影像图片不能充分显示散料货堆，并可通过控制照相设备的拍摄次数，避免获取多余的影像图片使得后期图片处理的复杂度增加。作为本专利技术的另一种改进，所述大型散料货堆一侧设置有地标，所述地标由多个固定尺寸的矩形沿固定方向延伸构成。作为本专利技术的另一种改进，所述地标沿大型散料货堆边部延伸方向的数量不少于三块，在垂直于上述方向上延伸的数量不少于两块；所述矩形地标的尺寸精确度至多为I厘米；所述矩形地标采用与地面，以及散料货堆之间均存在高色差的颜色。地标可起到比例尺的作用，由于影像图片的尺寸与实际尺寸不同，故需对其进行相应转换。直接将拍摄图片中尺寸经比例处理，其会因比例精度不高造成散料货堆的计算体积与实际体积存在偏差；同时，无人机在多个位置进行的拍摄，亦有可能在比例上存在细微差别。采用地标进行标准，由于地标的实际尺寸已知，故其可以精确获知影像图像与实际尺寸之间比例；同时，地标个数可直观显示散料货堆尺寸，使得测量更为精确。高色差的地标则可使得地标相较地面以及散料货堆更易区分。所述步骤2)中，通过步骤I)中获得多张影像图片进行处理分析包括如下步骤: 2.1)将无人机航拍获取的多张影像图片导入三维仿真软件中； 2,2)在三维仿真软件内，将拍摄的多张照片中的各个像素点与散料货堆中的点相匹配，形成关于散料货堆的深度信息； 2.3)通过拍摄的多张影像图片信息与步骤2.2)中获得的深度信息相结合，生成散料货堆的网格模型； 2.4)在步骤2.3)中生成的网格模型上，添加从影像图片中获取的散料货堆的图像纹理； 2.5)将地标的实际尺寸添加步骤2.4)中的网格模型中； 2.6)通过步骤2.5)中获取的模型信息，计算散料货堆的体积。通过上述基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法进行测量所需的测量设备，其由装配有照相设备的无人机构成；所述照相设备包含有机身与镜头；所述无人机的飞行负重至少为1800克；所述照相设备的机身与无人机之间采用有可控制云台进行连接；所述可控制云台水平旋转角度为0°?350°，水平旋转速度为40°?50° /秒；竖直旋转角度为一 90°?20°，竖直旋转速度为10°?20° /秒；所述照相设备机身外部设置有红外线接收器；所述照相设备的像素至少为1400万，且其具有光学防抖装置。基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量中所采用的无人机包括无人机框架，以及与框架相连接，且沿水平方向延伸的多根旋翼支架。所述框架内部设置有飞行控制器，以及与其电性连接的信号接收器。所述旋翼支架末端设置有马达，其连接有多片旋翼翼片。所述马达与飞行控制器之间设置有速度控制器；飞行控制器、马达与速度控制器三者之间均采用电性连接。采用上述技术方案的基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法及其设备，其通过立体影像记录散料货堆的尺寸数据，并通过分析计算得到散料货堆的体积，其避免了在测量过程中的诸多不确定因素，并通过确保获取影像时多张照片之间的高重合度，达到精确测量散料货堆体积的目的。同时，上述测量方法采用无人机航拍的方式进行测量，其通过无人机航拍并配合图像分析，从而精确，高效的获得散料货堆的体积，并且在日常生产运作中即可完成测量，无需对物料进行处理，以便捷灵活的方式有效提高了企业成本控制能力。【附图说明】图1为本专利技术中无人机航拍设备的结构示意图； 图2为本专利技术中无人机内部结构示意图； 图3本专利技术中地面工作站控制无人机飞行的流程图； 图4为本专利技术中无人机的运动轨迹示意图； 图5为本专利技术中照相设备的照相位置示意图；当前第1页1 2&nbs本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于立体影像分析的大型散料货堆体积测量方法，其特征在于，所述大型散料货堆的体积方法包括如下步骤：在至少两个维度上获取关于大型散料货堆的多张影像图片，多张影像图片之间具有一定的重合度；对步骤1）中所得的多张影像图片进行处理分析，并通过计算得到散料货堆的体积。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雪凤，吴惠英，陆军，沙敏，李亮，
申请(专利权)人：江苏永钢集团有限公司，践行国际技术合作与产业化有限公司，江苏恒创软件有限公司，无锡践行环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32