物料高度测量装置及方法与流程

本发明涉及测量领域，具体地涉及一种物料高度测量装置以及一种物料高度测量方法。

背景技术：

在生产过程中，物料堆的高度处于一种动态变化状态。一般情况下，这些物料高度的测量及其动态管理需依靠人工进行测量与预估，效率较低，每隔一定时间还要停止送料机的运输，影响生产的连续性。因此，要实现物料场的自动化管理，首先需要实现物料场的数字化技术，而物料场数字化技术的关键点即在于如何实现物料堆高度的自动丈量和动态观测。因此，物料堆高度的自动检测是不容忽视的重要环节，也是实现整条生产链自动化控制的关键技术。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的是实现物料堆高度的自动丈量和动态观测，及时且精确地获取物料的高度。

为了实现上述目的，在本发明第一方面，提供一种物料高度测量装置，所述测量装置包括：

设置在仓室地面的标尺，以及设置在所述仓室内的两个相对的墙体表面的标尺；

分别设置在所述仓室的所述两个相对的墙体表面的图像采集装置，其中每个图像采集装置的拍摄范围能够覆盖当所述仓室没有堆放物料时所述仓室地面的标尺的所有刻度和数值信息，以及与其相对的图像采集装置下方的墙体表面的标尺的所有刻度和数值信息；所述图像采集装置用于对堆放有物料的仓室内部进行拍摄取样，并将取样图像信息发送至图像处理装置；

所述图像处理装置，与所述图像采集装置远程连接，用于对所述取样图像信息进行图像处理，识别被物料遮挡后的仓室地面和墙体表面的部分标尺刻度和数值信息，并根据识别出的标尺刻度和数值信息计算所述物料的堆放高度。

可选的，所述图像采集装置为ccd摄像头，所述图像处理装置为工业计算机。

可选的，所述仓室地面是水平面。

可选的，所述墙体表面为垂直于所述仓室地面的平面或曲面。

可选的，设置在所述仓室地面的标尺为水平标尺，设置在所述墙体表面的标尺为竖直标尺。

进一步的，所述标尺的表面与所述标尺的刻度和数值以不同颜色区分标示。

进一步的，所述标尺表面涂覆有发光材料，并且所述发光材料的发光亮度和颜色随环境光源的变化而改变。

进一步的，所述图像采集装置为两个，两个所述图像采集装置相互相对于所述仓室地面的中心点对称。

在本发明第二方面，还提供一种物料高度测量方法，用于测量仓室中物料的堆放高度，所述仓室的仓室地面以及仓室内的两个相对的墙体表面设置有标尺，该测量方法包括如下步骤：

在所述仓室的所述两个相对的墙体表面分别设置图像采集装置，其中每个图像采集装置的拍摄范围能够覆盖当所述仓室没有堆放物料时所述仓室地面的标尺的所有刻度和数值信息，以及与其相对的图像采集装置下方的墙体表面的标尺的所有刻度和数值信息；

采用所述图像采集装置对堆放有物料的仓室内部进行拍摄取样，并将取样图像信息发送至与所述图像采集装置远程连接的图像处理装置；

采用所述图像处理装置对所述取样图像信息进行图像处理，识别被物料遮挡后的仓室地面和墙体表面的部分标尺刻度和数值信息，并根据识别出的标尺刻度和数值信息计算所述物料的堆放高度。

本发明上述技术方案通过图像采集装置对物料高度进行实时采样，并通过工业计算机对采样后的图像进行分析，将物料高度信息数字化，实现了物料堆高度的实时采样、监控。

本发明的优点和技术效果如下：

1.相比其他料堆高度检测技术，本发明硬件成本低；

2.本专利使用机器视觉处理技术，对仓室内标尺数值图像进行识别，将识别后的标尺数值参与逻辑控制，相比单点距离测量，检测效率高、测量更加精确。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种物料高度测量装置的安装测量示意图；

图2是本发明一种物料高度测量方法的步骤流程图；

图3是本发明一种物料高度测量方法中当物料高度较高时的测量示意图；

图4是本发明一种物料高度测量方法中当物料高度较低时的测量示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

图1是本发明一种物料高度测量装置的安装示意图。如图1所示，在仓室的顶部设置有物料输送平台，物料通过该物料输送平台被投放到仓室中。本发明提供的物料高度测量装置包括：设置在仓室地面的标尺，以及设置在所述仓室内的两个相对的墙体表面的标尺；分别设置在所述仓室的所述两个相对的墙体表面的图像采集装置；以及图像处理装置。

具体地，所述设置在仓室地面的标尺，以及设置在两个相对的墙体表面的标尺起到方便图像采集装置直观的了解仓室的内部长度和高度尺寸，同时起到标志提醒的作用。

分别设置在所述仓室的所述两个相对的墙体表面的图像采集装置，其中每个图像采集装置的拍摄范围能够覆盖当所述仓室没有堆放物料时所述仓室地面的标尺的所有刻度和数值信息，以及与其相对的图像采集装置下方的墙体表面的标尺的所有刻度和数值信息；图像采集装置的拍摄范围可以理解为类似于人眼的识别范围，在所述识别范围内必须包含所述地面和所述墙体表面的标尺的所有刻度和数值信息，否则在测量物料高度时，会出现缺少数据而无法计算出最终物料高度的情况。

所述图像采集装置用于对堆放有物料的仓室内部进行拍摄取样，并将取样图像信息发送至图像处理装置；该取样包含了物料、标尺刻度以及标尺数值信息。

所述图像处理装置，与所述图像采集装置远程连接，用于对所述取样图像信息进行图像处理，识别被物料遮挡后的仓室地面和墙体表面的部分标尺刻度和数值信息，并根据识别出的标尺刻度和数值信息计算所述物料的堆放高度。

根据一种实施方式，所述图像采集装置为ccd摄像头，所述图像处理装置为工业计算机。所述ccd摄像头的像素足够高，(例如：1000万像素)使得取样的图片能够清晰的分辨所述标尺上的刻度和数值信息。该工业计算机主要用于接收ccd摄像头取样的图片，并进行图像识别，以及计算物料高度。

优选地，所述仓室地面是水平面。所述仓室地面为水平面是为了便于标尺的设置，以及后期的图像识别以及计算物料高度。在某些物料存储仓室中，如果仓室地面不是水平面，也可以计算物料高度，例如，仓室地面为锥形，锥形仓室的锥顶部朝下。

优选地，所述墙体表面为垂直于所述仓室地面的平面或曲面。当所述墙体表面为平面时，即所述仓室为六面体。当所述墙体表面为曲面时，所述仓室可以为圆柱体。仓室墙体表面都要相对于仓室地面的中心点对称，以方便图像采集装置设置，以及取样。

设置在所述仓室地面的标尺为水平标尺，设置在所述墙体表面的标尺为竖直标尺。因为本发明的目的是为了测量物料的高度，所以，所述标尺必须是上述两种情况，即使仓室是非上述所述的圆柱体或者六面体，依然需要所述标尺为水平标尺，以及墙体表面的标尺为竖直标尺。

优选地，所述标尺的表面与所述标尺的刻度和数值以不同颜色区分标示。即使所述仓室亮度不是很高，也能够使得标尺的刻度和数值与周围环境的物体明显不同。该设置主要是为了使得标尺的刻度和数值能够容易被ccd摄像头清晰识别。

优选地，所述标尺表面涂覆有发光材料，并且所述发光材料的发光亮度和颜色随环境光源的变化而改变。涂覆发光材料的目的也是为了使得标尺的刻度和数值能够更容易被ccd摄像头清晰识别。

根据一种实施方式，所述图像采集装置为两个，两个所述图像采集装置相互相对于所述仓室地面的中心点对称。将图像采集装置设置成相互相对的目的是为了后续工业计算机对所述物料高度的计算的方便。如果，图像采集装置为两个以上，也可以计算所述物料的高度，特别是在仓室上部为非圆柱体和非六面体的时候，有可能需要有两个以上的图像采集装置，并且，该图像采集装置的设置位置不是相对于所述仓室地面的中心点对称。

本装置由ccd摄像头、标尺、工业计算机等设备组成。物料生产线生产好的物料通过皮带机运送至后台仓室堆放。每个仓室内，墙体与地面分别安装了标尺，标尺由标尺刻度以及数值组成。根据一种实施方式，一般普通光源情况下，标尺表面底色设置为白色，数值与刻度为显眼的黄色刻画而成(也可选为能发光且颜色根据环境光源的变化而变化的标尺，以便更清晰的显示刻度和对应的尺寸数值)。ccd相机安装在竖直标尺上方。

在本发明第二方面，还提供一种物料高度测量方法，用于测量仓室中物料的堆放高度，所述仓室的仓室地面以及仓室内的两个相对的墙体表面设置有标尺，图2为本发明提供的物料高度测量方法的步骤流程图，该测量方法包括如下步骤：

在所述仓室的所述两个相对的墙体表面分别设置图像采集装置，其中每个图像采集装置的拍摄范围能够覆盖当所述仓室没有堆放物料时所述仓室地面的标尺的所有刻度和数值信息，以及与其相对的图像采集装置下方的墙体表面的标尺的所有刻度和数值信息；

采用所述图像采集装置对堆放有物料的仓室内部进行拍摄取样，并将取样图像信息发送至与所述图像采集装置远程连接的图像处理装置；

采用所述图像处理装置对所述取样图像信息进行图像处理，识别被物料遮挡后的仓室地面和墙体表面的部分标尺刻度和数值信息，并根据识别出的标尺刻度和数值信息计算所述物料的堆放高度。

根据本发明的方案，在仓室中的物料堆放过程中，图像采集装置可以实时的拍摄到物料高度的变化。图像采集装置将取样到的图片发送给工业计算机处理，并实时计算物料的高度。

对于仓室地面为水平面，且仓室墙体为垂直于所述水平面的平面或曲面，意即该仓室为圆柱体或六面体时，物料高度的从低到高变化时，工业计算机计算物料高度的算法会有不同。该算法不同的本质原因是由于物料体积相对于仓室体积的大小不同而造成的。

如图3所示，当物料的体积相对于仓室体积较大，所述物料的高度较高，使得图像采集装置通过物料的最高点识别到了所述墙体表面的竖直标尺，但图像采集装置通过物料的最高点无法采集到水平标尺的刻度和数值时，工业计算机计算的方法如下：

由于两个图像采集装置的安装位置、仓室的宽度是确定的，假设固定量a0c0＝lr，d0f0＝ll，c0f0＝db；其中，c0f0为仓室水平标尺的长度，a0c0为仓室左侧墙体竖直标尺长度，d0f0为仓室右侧墙体竖直标尺长度。

通过两个图像采集装置可以识别标尺的数值图像，测量值：e0f0＝lh_m_l，b0c0＝lh_m_r；其中，e0f0为仓室左侧墙体上的ccd摄像头通过物料最高点能够拍摄到的竖直标尺的最低点的标尺刻度到水平面的长度，b0c0为仓室右侧墙体上的ccd摄像头通过物料最高点能够拍摄到的竖直标尺的最低点的标尺刻度到水平面的长度。

通过上述固定值、测量值，结合数学方法，工业计算机求得g0h0，即物料的高度，步骤如下：

1、δa0b0g0～δd0e0g0，

2、δm0b0c0～δm0d0f0，

3、δm0h0g0～δm0f0d0，

如图4所示，当物料的体积相对于仓室体积较小，所述物料的高度较低，使得图像采集装置通过物料的最高点识别到了所述墙体表面的竖直标尺，且还能够识别到所述仓室水平面的水平标尺时，工业计算机计算的方法如下：

由于两个图像采集装置的安装位置、仓室的宽度是确定的，假设固定量a1b1＝lr，d1e1＝ll，b1e1＝c1f1＝db；其中，a1b1为仓室左侧墙体竖直标尺长度，d1e1为仓室右侧墙体竖直标尺长度，b1e1和c1f1为仓室水平标尺的长度。

通过两个图像采集装置可以识别标尺的数值图像，测量值：b1k1＝dl_m_l1，b1n1＝dl_m_l2，b1m1＝dl_m_r1，b1l1＝dl_m_r2；其中，b1k1为物料堆底部最左侧点距离仓室左侧墙体的长度，b1n1为左侧ccd摄像头通过物料最高点拍摄到的水平标尺的刻度到仓室最左侧墙体的长度，b1m1为右侧ccd摄像头通过物料最高点拍摄到的水平标尺的刻度到仓室最左侧墙体的长度，b1l1为物料底部最右侧点到仓室最左侧墙体的长度。

通过上述固定值、测量值，结合数学方法，工业计算机求得g1h1，即物料高度的数值，步骤如下：

1、δc1b1m1～δd1e1m1，

δe1n1f1～δb1n1a1，

2、δa1c1g1～δd1f1g1，

3、δb1c1m1～δh1g1m1，

由于标尺数值图像的成像、传输、转换或存储过程中会受到系统内外各种干扰噪声和不良工况的影响，从而使采集到的图像出现特征淹没、画面粗糙、字符倾斜等缺陷。为了降低图像噪音，还原真实图像，突出字符区域，需要对获取的图形进行预处理。预处理后对感兴趣的字符区域进行提取，之后对字符区域进行分割、特征筛选、形态学优化后，完成特征提取进行分类识别。图形预处理方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

本发明通过在堆放物料的仓室中设置标尺，并通过图像采集装置读取标尺上的刻度和数值，最后交给工业计算机计算出物料高度。装置要求简单，可以方便的设置，使得物料的高度可以实时被该装置捕获，并且该装置可以被集成到物料运输装置中，实现当物料高度超过预期值时，停止物料再被输送到仓室的作用。该装置使得物料运输的数字化、高效率操作得以实现。物料的高度的测量及其动态管理不需依靠人工进行测量与预估，不影响生产的连续性。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。