原木扫描系统技术方案

一种用于扫描原木负载的原木扫描系统和方法。所述原木负载中的每一个别原木在至少一个原木端面上可以具有ID元件，所述ID元件具有唯一的原木ID数据。所述系统具有用于由操作者在所述原木负载的负载端面上进行自由形式扫描的手持式扫描仪单元。所述扫描仪单元具有被配置用来捕获所述负载端面的一系列深度图像的深度传感器，和被配置用来在所述负载端面扫描期间捕获所述负载端面的一系列纹理图像的纹理传感器。所述系统还具有接收和处理从所述扫描捕获的所述深度和纹理图像的数据处理器。所述处理器被配置用来将所述深度图像或深度和纹理图像融合为所述负载端面的数据模型，通过处理所述数据模型确定在所述负载端面中可见的所述个别原木的原木末端边界，处理所述纹理图像以识别在所述扫描中可见的任何ID元件并对所述ID元件解码以提取个别原木ID数据，以及基于所述所确定的原木末端边界和所提取的原木ID数据生成表示所述原木负载的输出数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原木扫描系统
本专利技术涉及用于林业产业的原木识别、测量和/或计数系统。
技术介绍
新西兰和许多其它国家的原木出口产业需要对出口的每一原木进行计数和贴条形码。在收获之后，通常用伐木卡车或拖车将用于出口的原木递送至港口。在到达港口后，在检查点或处理站处理每辆卡车上的原木负载。通常，在将原木装载到船上用于出口之前，对每一负载的原木数目进行计数且对每一个别原木进行各种测量来检量体积和价值。取决于国家，可根据各种标准执行原木检量。在新西兰，几乎所有出口的原木都是基于日本农业标准(JAS)按体积销售的。针对JAS体积的检量通常涉及测量每一原木的小端直径和其长度，并接着基于这些测量来计算JAS体积。原木计数和检量作业当前是非常劳动密集的，因为每辆伐木卡车需要一或多个原木检量员来手动地对每一原木进行计数和检量。原木计数和检量作业可能导致从森林到船上用于出口或用于向国内客户供应的原木的供应链出现瓶颈。为了试图解决以上问题，已提出各种自动化系统以有助于对原木的自动计数和测量。然而，当前提出的系统中的许多具有各种缺点，这限制它们被原木出口产业广泛采用。美国专利申请公开案2013/0144568中描述了一个这种自动化系统。这个系统是用于伐木卡车上的原木负载的免下车原木测量系统。所述系统包括绕着其外围安装了激光阵列且伐木卡车可驾驶通过的大的结构。所述系统在卡车驾驶通过时在卡车的后部扫描原木负载并生成原木负载的3D模型。接着处理3D模型以提取原木的各种特性，诸如原木直径。这个系统非常大且昂贵。国际PCT专利申请公开案WO2005/080949中描述了用于测量原木的另一个自动化系统。这个系统使用立体视觉测量单元，所述单元安装至驾驶经过地面上的原木堆的车辆且捕获原木堆的立体视觉图像。接着对立体图像进行图像处理以确定原木的各种物理性质，诸如用于测量大小和对原木分等级。这个系统需要移动的车辆来使测量单元移动经过位于地面上的原木堆且不适合用于原地测量伐木卡车上的原木负载。在本说明书中，参照了专利说明书、其它外部文献或其它信息源，这通常是出于提供用于论述本专利技术的特征的背景的目的。除非另外具体陈述，否则在任何权限下不应将对这些外部文献的参照解释为承认这些文献或这些信息源是现有技术或形成本领域中公知常识的一部分。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种用于对原木堆或原木负载中的个别原木进行识别、测量和/或计数的系统和方法，或至少向公众提供有用的选择。在第一方面，本专利技术主要存在于一种用于扫描大量原木(原木负载)的原木扫描系统，原木负载中的每一个别原木在至少一个原木端面上包括ID元件，ID元件包括唯一的原木ID数据，所述系统包括：手持式扫描仪单元，其用于由操作者在原木负载的负载端面上进行自由形式扫描，扫描仪单元包括：深度传感器，其被配置用来在负载端面扫描期间捕获负载端面的一系列深度图像，以及纹理传感器，其被配置用来在负载端面扫描期间捕获负载端面的一系列纹理图像；以及数据处理器，其接收从扫描捕获的一系列深度图像和纹理图像，且被配置用来执行以下操作：将深度图像融合为负载端面的数据模型；通过处理数据模型确定在负载端面中可见的个别原木的原木末端边界；处理纹理图像以识别在所扫描的负载端面中可见的任何ID元件并对ID元件解码以提取针对原木负载中的个别原木的个别原木ID数据；以及基于所确定的原木末端边界和所提取的原木ID数据生成表示原木负载的输出数据。在一实施例中，数据处理器可以被配置用来通过基于所确定的原木末端边界测量原木末端的一个或多个物理性质以生成每一原木的代表性原木末端边界数据来生成输出数据，且表示原木负载的所生成的输出数据包括每一原木的原木末端边界数据。在一实施例中，数据处理器可以被进一步配置用来生成所生成的个别原木ID数据与其相应的原木末端边界数据之间的联系或关联，且其中表示原木负载的所生成的输出数据包括个别原木ID数据与其相应的原木末端边界数据之间的联系或关联。在一实施例中，数据处理器可以被配置用来通过基于从负载端面扫描识别的所确定的个别原木末端边界的数目生成原木计数来生成输出数据，且其中表示原木负载的所生成的输出数据包括表示原木负载中的原木的数目的原木计数。在一实施例中，手持式扫描仪单元被配置用来操作深度和纹理传感器以在扫描仪单元在扫描期间在整个负载端面上扫描时成对地同时捕获深度图像和纹理图像。在另一实施例中，手持式扫描仪单元被配置用来操作深度和纹理传感器，使得在扫描中捕获的深度和纹理图像中的至少一些例如基于到达深度和纹理传感器的共同的触发器信号而在同一时刻被成对地同时捕获。在另一实施例中，一系列深度和纹理图像可以按相同的或不同的帧速率彼此独立地被捕获。在一实施例中，每一深度图像和纹理图像捕获负载端面的一部分。在一种形式中，深度和纹理传感器的视野在离负载端面预定避开距离处操作时对于每一对深度和纹理图像仅捕获总的负载端面的一部分。在这个实施例中，一系列深度和纹理图像对在扫描完成时共同捕获整个负载端面。在一实施例中，手持式扫描仪单元的深度传感器是深度相机。在一种形式中，深度传感器包括滤光器以减少噪声。在一个实例中，深度相机在红外频率下操作，且滤光器是红外(IR)滤光器。在其它形式中，深度传感器不采用任何滤光器。在另一实施例中，手持式扫描仪单元的深度传感器是立体相机。在一实施例中，手持式扫描仪单元的纹理传感器是纹理相机。在一种形式中，纹理相机是黑白相机。在这种形式中，黑白相机可以具备被配置用来增强纹理图像以用于确定原木末端的木质-树皮边界的彩色滤光器。彩色滤光器的性质可以与原木种类相关。在其它形式中，黑白相机不采用任何彩色滤光器。在另一形式中，纹理相机是彩色相机。在一实施例中，手持式扫描仪单元包括用于被用户的手握持的把手或把手组合件。在这个实施例中，深度相机和纹理相机安装至把手或把手组合件或由其承载。在一实施例中，手持式扫描仪单元包括可操作的触发器按钮，触发器按钮可由用户操作以通过响应于触发器按钮的致动而生成致动信号来开始和终止扫描，触发器按钮在手持式扫描仪单元在负载端面上扫描时起始深度和纹理图像的捕获且接着在扫描完成时暂停图像捕获。在一实施例中，所述系统进一步包括具有显示屏的操作者界面装置，所述显示屏操作地连接至手持式扫描仪单元且被配置用来向用户显示扫描反馈。在一种形式中，显示在显示屏上的扫描反馈是正被捕获的或在深度和纹理相机的视野中的深度和/或纹理图像的实时视觉化。在另一形式中，扫描反馈是在扫描期间生成的负载端面的数据模型的实时视觉化。在一实施例中，手持式扫描仪单元进一步包括控制器。在一种形式中，控制器是操作地连接至手持式扫描仪单元的单独装置。在另一形式中，控制器与手持式扫描仪单元集成。在一实施例中，手持式扫描仪单元的控制器操作地连接至至少深度和纹理相机，且其可操作以控制深度和纹理相机。在一个实例中，控制器被进一步配置用来压缩由相机生成的所捕获的深度和纹理图像以用于传输至数据处理器。在一实施例中，手持式扫描仪单元进一步包括可操作的触发器按钮，触发器按钮可由用户操作以生成触发器按钮致动信号以开始和终止扫描，手持式扫描仪单元的控制器进一步操作地连接至触发器按钮，且接收和处理触发器按钮致动信号并操作深度和纹理相机以基于触发器按钮致动信号起始或暂停用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于扫描大量原木(原木负载)的原木扫描系统，所述原木负载中的每一个别原木在至少一个原木端面上包括ID元件，所述ID元件包括唯一的原木ID数据，所述系统包括：手持式扫描仪单元，其用于由操作者在所述原木负载的负载端面上进行自由形式扫描，所述扫描仪单元包括：深度传感器，其被配置用来在所述负载端面扫描期间捕获所述负载端面的一系列深度图像，以及纹理传感器，其被配置用来在所述负载端面扫描期间捕获所述负载端面的一系列纹理图像；以及数据处理器，其接收从所述扫描捕获的所述一系列深度图像和纹理图像，且被配置用来执行以下操作：将所述深度图像融合为所述负载端面的数据模型；通过处理所述数据模型确定在所述负载端面中可见的所述个别原木的原木末端边界；处理所述纹理图像以识别在所述所扫描的负载端面中可见的任何ID元件并对所述ID元件解码以提取针对所述原木负载中的个别原木的个别原木ID数据；以及基于所述所确定的原木末端边界和所提取的原木ID数据生成表示所述原木负载的输出数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.13 NZ 6287301.一种用于扫描大量原木(原木负载)的原木扫描系统，所述原木负载中的每一个别原木在至少一个原木端面上包括ID元件，所述ID元件包括唯一的原木ID数据，所述系统包括：手持式扫描仪单元，其用于由操作者在所述原木负载的负载端面上进行自由形式扫描，所述扫描仪单元包括：深度传感器，其被配置用来在所述负载端面扫描期间捕获所述负载端面的一系列深度图像，以及纹理传感器，其被配置用来在所述负载端面扫描期间捕获所述负载端面的一系列纹理图像；以及数据处理器，其接收从所述扫描捕获的所述一系列深度图像和纹理图像，且被配置用来执行以下操作：将所述深度图像融合为所述负载端面的数据模型；通过处理所述数据模型确定在所述负载端面中可见的所述个别原木的原木末端边界；处理所述纹理图像以识别在所述所扫描的负载端面中可见的任何ID元件并对所述ID元件解码以提取针对所述原木负载中的个别原木的个别原木ID数据；以及基于所述所确定的原木末端边界和所提取的原木ID数据生成表示所述原木负载的输出数据。2.如权利要求1所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被配置用来通过基于所述所确定的原木末端边界测量所述原木末端的一个或多个物理性质以生成每一原木的代表性原木末端边界数据来生成输出数据，且表示所述原木负载的所述所生成的输出数据包括每一原木的所述原木末端边界数据。3.如权利要求2所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被进一步配置用来生成所述所生成的个别原木ID数据与其相应的原木末端边界数据之间的联系或关联，且其中表示所述原木负载的所述所生成的输出数据包括所述个别原木ID数据与其相应的原木末端边界数据之间的所述联系或关联。4.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被配置用来通过基于从所述负载端面扫描识别的所确定的个别原木末端边界的数目生成原木计数来生成输出数据，且其中表示所述原木负载的所述所生成的输出数据包括表示所述原木负载中的原木的数目的所述原木计数。5.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元被配置用来操作所述深度和纹理传感器以在所述扫描仪单元在扫描期间在所述整个负载端面上扫描时成对地同时捕获所述深度图像和纹理图像。6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元被配置用来操作所述深度和纹理传感器，使得在所述扫描中捕获的所述深度和纹理图像中的至少一些在同一时刻被成对地同时捕获。7.如权利要求6所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元被配置用来基于到达所述深度和纹理传感器的共同触发器信号而同时成对地捕获所述深度和纹理图像。8.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中每一深度图像和纹理图像捕获所述负载端面的一部分。9.如权利要求8所述的原木扫描系统，其中所述深度和纹理传感器的视野在离所述负载端面预定避开距离处操作时对于每一对深度和纹理图像仅捕获所述总的负载端面的一部分。10.如权利要求8或权利要求9所述的原木扫描系统，其中所述一系列深度和纹理图像对在所述扫描完成时共同捕获所述整个负载端面。11.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元的所述深度传感器是深度相机。12.如权利要求11所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元的所述深度相机在红外频率下操作且包括红外滤光器以减少噪声。13.如权利要求1至10中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元的所述深度传感器是立体相机。14.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪的所述纹理传感器是纹理相机。15.如权利要求14所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元的所述纹理相机是具备一个或多个彩色滤光器的黑白相机，所述彩色滤光器被配置用来增强纹理图像以用于确定所述原木末端的木质-树皮边界。16.如权利要求14所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元的所述纹理相机是彩色相机。17.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元包括用于被用户的手握持的把手或把手组合件，且其中所述深度相机和纹理相机由所述把手或把手组合件安装或承载。18.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元包括可操作的触发器按钮，所述触发器按钮可由用户操作以通过响应于所述触发器按钮的致动而生成触发器按钮致动信号来开始和终止扫描，所述触发器按钮在所述手持式扫描仪单元在所述负载端面上扫描时起始所述深度和纹理图像的捕获且接着在所述扫描完成时暂停所述图像捕获。19.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述系统进一步包括具有显示屏的操作者界面装置，所述显示屏操作地连接至所述手持式扫描仪单元且被配置用来向所述用户显示扫描反馈。20.如权利要求19所述的原木扫描系统，其中显示在所述显示屏上的所述扫描反馈是正被捕获的或在所述深度和纹理相机的所述视野中的所述深度和/或纹理图像的实时视觉化，或在所述扫描期间生成的所述负载端面的所述数据模型的实时视觉化。21.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元进一步包括控制器。22.如权利要求21所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元的所述控制器操作地连接至至少所述深度和纹理相机，且其可操作以控制所述深度和纹理相机，并压缩由所述相机生成的所述所捕获的深度和纹理图像以用于传输至所述数据处理器。23.如权利要求21或权利要求22所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元进一步包括可操作的触发器按钮，所述触发器按钮可由用户操作以生成触发器按钮致动信号以开始和终止扫描，所述手持式扫描仪单元的所述控制器进一步操作地连接至所述触发器按钮，且接收和处理所述触发器按钮致动信号并操作所述深度和纹理相机以基于所述触发器按钮致动信号起始或暂停用于扫描的图像捕获。24.如权利要求21至23中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元进一步包括惯性传感器，所述惯性传感器被配置用来检测所述手持式扫描仪单元的移动和/或位置并生成代表性移动信号，且其中所述手持式扫描仪单元的所述控制器进一步操作地连接至所述惯性传感器且被配置用来接收所述所生成的移动信号且将所述所生成的移动信号传输至所述数据处理器。25.如权利要求24所述的原木扫描系统，其中所述惯性传感器是3轴加速度计，其被配置用来在所述扫描期间以加速度计信号或值的形式生成移动信号。26.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元是与所述数据处理器分开的装置，且其中所述手持式扫描仪单元被配置用来经由数据链路与所述数据处理器通信。27.如权利要求26所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元配置有通信模块，所述通信模块被配置用来经由无线数据链路将所述扫描数据传输至所述数据处理器。28.如权利要求26或权利要求27所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元被配置用来在所述扫描数据被获取时实时地或在所述扫描结束时成批地将所述扫描数据传输或流式传输至所述数据处理器。29.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述深度和纹理相机是同步的，使得所述系列中的每一对深度和纹理图像是在所述扫描期间的相应时刻被获取的。30.如权利要求29所述的原木扫描系统，其中在扫描期间获取的连续的深度和纹理图像对的对数取决于所述相机的可配置的帧速率和如由所述操作者在所述扫描期间确定的扫描时间。31.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元被配置用来被操作者在离被扫描的所述负载端面预定避开距离或范围处握住，且其中所述避开距离在离所述负载端面大约1.5至大约2m的范围内。32.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述ID元件是机器可读印刷代码，每一机器可读印刷代码包括被指派给其相应原木的已编码的唯一的原木ID数据或代码。33.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述ID元件是呈印刷的条形码或QR代码的形式的ID标记，所述ID标记附着至所述原木负载中的每一原木的所述原木端面。34.如权利要求32或权利要求33所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被配置用来处理所述纹理图像以通过以下操作来识别所述所扫描的负载端面中可见的任何ID元件并对所述ID元件解码：处理每一纹理图像以识别可见的ID元件，对所述可见的ID元件中的每一者解码以提取其相应的唯一的原木ID代码，以及生成并存储包括与每一纹理图像相关的所提取的所述唯一的原木ID代码连同每一相应的纹理图像中的所述ID元件的位置坐标的数据文件。35.如权利要求33所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被进一步配置用来生成并存储包括从一组纹理图像的所述处理提取的每一唯一的原木ID代码和在所述一组纹理图像中见到每一唯一的原木ID代码的次数的数据文件。36.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被配置用来通过以下操作将所述深度图像或深度图像和纹理图像融合为所述负载端面的数据模型：处理所述深度图像或深度图像和纹理图像以估计所述手持式扫描仪单元在所捕获的每一深度图像或深度图像和纹理图像处的位姿，并生成与每一深度图像或深度图像和纹理图像相关联的位姿估计数据；以及将所述深度图像或深度图像和纹理图像以及位姿估计数据处理成呈空间数据结构形式的数据模型。37.如权利要求36所述的原木扫描系统，其中所述位姿估计是通过执行位姿估计算法从所述深度图像或深度图像和纹理图像生成的，所述位姿估计算法执行3D自配准以估计所述扫描仪手持式单元针对每一深度图像或每一深度图像和纹理图像的所述位姿。38.如权利要求37所述的原木扫描系统，其中所述位姿估计算法执行点-平面误差函数以生成所述位姿估计。39.如权利要求36至38中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述深度图像或深度图像和纹理图像基于所述位姿估计数据融合为呈截断带符号距离函数(TSDF)形式的数据模型。40.如前述权利要求中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被配置用来通过以下操作生成在所述负载端面中可见的所述个别原木的所述原木末端边界：处理所述数据模型以生成一个或多个光线投射图像，以及从所述光线投射图像提取所述原木末端边界。41.如权利要求40所述的原木扫描系统，其中所述手持式扫描仪单元进一步包括惯性传感器，所述惯性传感器被配置用来检测所述手持式扫描仪单元的移动和/或位置并生成代表性移动信号，且其中生成所述一个或多个光线投射图像包括基于所述移动信号和所述数据模型确定所述负载端面的向下和法线方向。42.如权利要求40或权利要求41所述的原木扫描系统，其中所述一个或多个光线投射图像包括光线投射深度图像，且其中所述数据处理器被进一步配置用来生成所述负载端面的光线投射法线图像，且接着基于所述光线投射法线图像对所述光线投射深度图像进行进一步图像处理以生成去除了非原木特征和/或原木的边的已清理的光线投射深度图像，且所述已清理的光线投射深度图像被处理以确定所述原木末端边界。43.如权利要求40至42中任一权利要求所述的原木扫描系统，其中从所述一个或多个光线投射图像确定的所述原木末端边界由所述数据处理器通过以下操作进一步细化：将所述所确定的原木末端边界变换和投影至所述所捕获的纹理图像中的一个或多个上，以及通过执行分割算法处理所述所投影的原木末端边界的区域中的所述纹理图像以检测所述木质-树皮边界，所述分割算法被配置用来处理所述纹理图像以检测每一原木的木质-树皮边界界面且将所述所投影的原木末端边界调整为所述所检测的木质-树皮边界以生成针对每一原木的细化的去皮原木末端边界。44.如权利要求43所述的原木扫描系统，其中所述数据处理器被配置用来生成内统计边界，预期所述原木中的每一者在所述内统计边界内没有树皮，且所述分割算法限于针对每一原木末...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·S·阿尔维什，G·E·穆菲，D·W·潘曼，J·A·斯库尼斯，R·J·瓦尔坎伯格，
申请(专利权)人：C三有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ