一种木材自动监管系统的制作方法

专利名称：一种木材自动监管系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及监管领域，具体涉及一种木材自动监管系统，用 于自动监管行驶车辆中装载木材体积、堆场原木或静止车辆中的装载 原木。
背景技术：
据统计2007年我国原木进口多达3千多万立方，总价值53亿美 元，原木是我国很多边境海关口岸进口的大宗货物，因此需要重点监 管，对木材材积进行测量，与申报数量核对，以检查是否瞒报、少报。 现阶段木材的计量釆用人工检尺方法，对可疑申报木材，按照国家标 准的规定测量，人工用皮尺对每根木材进行测量，这种方法的准确性 和合理性都不是很理想。按照国家标准的规定，其具体做法是针对 每一根木材，由其横截面较小的一端的轮廓，人工用盒尺(皮尺)来 确定其径级；根据每一根木头的径级乘以一确定的系数，获得该根木 头的体积数，累计所有需检尺的木头的体积数，就可以得到所需检尺 木头的体积数，即材积数。
人工检尺方式不但存在需要人员多、劳动强度大、效率低、安全 隐患多的缺点，而且由于人为因素导致检尺误差大、波动大。即使进 行复检验收和加强管理仍达不到较理想的结果，检查速度慢，只能进 行抽查，无法杜绝走私现象存在。
对于木材材积的自动测量测试，1997年报道了通过卫星遥感技 术来估计陆地上某些林区的木材材积，但这些方法的精度和操作流程 显然不符合我国的现行国家标准。
1992年，Brodie等人应用了计算机视觉来检测原木材积。该系 统釆用了检测圆形目标的霍夫Hough变换方法，通过K均值聚类算法来获得Hough变换结果的极大值，利用这些极大值来确定端面径 级，从而计算出原木材积。但该系统只能处理很接近圆形的原木端面, 其测量误差范围在10%之内，这样的检尺误差在国内的木材计量中 难以实用。
国内，青岛海洋大学有基于计算机视觉检测原木材积的研究报 道。该系统釆用了摄像机作为图像的获取工具，把在现场采集的视频 输入计算机，在视频中选择图像效果较好的图片进行处理。该系统釆 用了聚类分析和模糊识别的技术，所提取的端面依赖于所采用的阈 值。系统把所有端面均近似为圆形，取所有木材两端端面面积总和的 平均再乘以木材的长度作为总材积，可见，该系统也不符合我国现行 国家标准。
2002年有浙江工学院相关工作的研究。该系统釆用了一种改进 的Hausdorff距离算法来提取端面轮廓。虽然该方法具有一定的创新 性，但是仅仅是使用了一些预先确定的模版来逼近端面轮廓。
上述系统没有针对每个原木端面提取出其轮廓，因此也无法按照 国家标准来计算径级，也没有考虑到实际应用中除了对原木，还需要 对板材、锯材进行测量的需求，无法对运动状态下列车中装载木材进 行测量，无法满足海关领域对木材监管的需要。

实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种木材自动监管系统，实现图像中原 木端面轮廓的提取，进而按照国家标准计算径级，统计原木材积，并 用激光测量计算、机器视觉识别技术测量板材体积，该系统的应用可 降低人工检查强度，提高检查准确率，有效打击走私犯罪。 为实现上述目的，本实用新型釆用如下技术方案 提供一种木材自动监管系统，用于对行驶列车中装载的木材进行 监管，该系统包括激光扫描仪，与控制单元连接，用于扫描行驶列 车车厢，得到车厢中木材的外轮廓线数据，并将其发送到控制单元；控制单元，分别与摄像机和木材截面获取单元连接，用于将接收的外 轮廓线数据发送到木材截面获取单元，并根据接收的外轮廓线数据获 得列车进入或离开的分割信号，从而控制摄像机的启动或停止；摄像 机，用于连续拍摄列车车厢通过时的图片，并将拍摄的图片发送到车
厢长度获取单元；木材截面获取单元，与木材体积管理单元连接，用
于依据接收的外轮廓线数据获取木材截面面积，并将其发送到木材体
积管理单元；车厢长度获取单元，与木材体积管理单元连接，用于根 据接收图片中的车厢位移获取车厢长度，并将其发送到木材体积管理 单元；木材体积管理单元，用于根据接收的木材截面面积与车厢长度 获取列车装载的木材体积，进行监管。
其中，所述激光扫描仪为二维激光扫描仪，安装在车厢上方的龙 门框架或者支架的两侧，所述龙门框架跨轨道设立，所述支架在轨道 两侧位置，所述二维激光扫描仪采用漫反射激光扫描器，将扫描的漫 反射激光扫描器与车厢中木材外轮廓各点的距离发送到控制单元。
其中，所述木材截面获取单元包括坐标变换子单元与截面累 计求和子单元连接，对所述漫反射激光扫描器与车厢中木材外轮廓各
点的距离进行坐标变换，得到木材的外轮廓线各点坐标，并将其发送 到截面累积求和子单元；所述截面累积求和子单元，与所述木材体积 管理单元连接，用于根据木材的外轮廓线各点坐标，通过累积求和获 取装载木材的截面面积。
其中，木材截面获取单元还包括原木缝隙面积去除子单元，与所 述截面累积求和子单元连接，用于在列车装载的木材为原木时，将累 积求和后获得的装载木材的截面面积与数值范围为0.96-0.98的系 数乘积，用于去除原木空隙占用的面积，得到所述原木的截面面积。
其中，所述摄像机为数字或模拟摄像机，摄像机安装在龙门架或 者支架上，从列车上方在进行拍摄，使摄像机的视野可以覆盖轨道。
其中，所述车厢长度获取单元包括车厢位移获取子单元，与车厢长度计算子单元连接，用于获取车厢进入与车厢离开期间所拍图片 中特征区域的位移，获取所述位移占有的像素并将其发送到车厢长度 计算子单元；单位像素标定子单元，与车厢长度计算子单元连接，用
于标定摄像机所拍图片中单位像素所对应的实际距离；车厢长度计算
子单元，与所述木材体积管理单元连接，用于根据所述位移所占用的 像素与单位像素所对应的实际距离，获取车厢实际移动距离，得到车
厢长度。
本发明还提供了 一种木材自动监管系统，用于对堆场原木或静止
车辆中的装载原木进行监管，该系统包括摄像机，与图像处理单元
连接，用于拍摄原木端面图像，并将拍摄的原木端面图像发送到图像
处理单元；刻度尺，用于测量原木的长度；所述图像处理单元，与截 面面积获取单元连接，用于对接收的原木端面图像进行处理，获取每 根原木在所述原木端面图像中所对应的区域，并将其发送到截面面积 获取单元；所述截面面积获取单元，与原木材积管理单元连接，用于 根据每根原木在所述原木端面图像中所对应的区域，确定每个原木端 面的长短径及中心，获得所述原木截面面积，并发送到原木材积管理 单元；所述原木材积管理单元，用于根据接收的原木截面面积与测得 的原木长度获取原木材积，进行监管。
其中，所述图像处理单元包括图像预处理子单元，与图像分割 子单元连接，用于去除原木端面图像中的背景，并将处理后的原木端 面图像发送到图像分割子单元；图像分割子单元，与图像轮廓提取子 单元连接，用于对处理后的原木端面图像进行图像分割，获取每根原 木在原木端面图像中对应的区域，并将其发送到图像轮廓提取子单 元；图像轮廓提取子单元，与截面面积获取单元连接，用于对分割后 的原木端面图像进行轮廓提取，获取每根原木在原木端面图像中对应 区域的轮廓，并将其发送到截面面积获取单元连接。
其中，所述图像分割子单元包括霍夫变换子单元，分别与图像预处理子单元和匹配度获取子单元连接，对处理后的原木端面图像进 行霍夫变换，根据每根原木端面区域对应的霍夫变化峰值，确定每根 原木端面区域的中心；匹配度获取子单元，与轮廓子单元连接，用于 设定以所述每根原木端面区域的中心为圆心的圆形模板，获取所述圆 形模板在不同直径下与每根原木端面区域的匹配度；区域确定子单 元，与图像轮廓提取子单元连接，用于在匹配度获取子单元得到的匹 配度大于设定阈值下终止匹配，确定匹配度最大的圆形模板为匹配模 板，落入所述匹配模板内的区域为原木在端面图像中对应的区域。 其中，所述摄像机为数字或模拟摄像机。
本实用新型提供的木材自动监管系统能够进行简单、快捷、准确 的原木检尺，通过采用激光测量、轮廓检测技术对行驶列车中装载的 板材测量材积，釆用图像处理和识别技术对行驶列车和堆场中的原木 材积进行测量，项目实施可实现对通行中列车上和堆场中的木材材积 进行自动、快速测量，可完全替代人工检尺，实现100%查验，可有 效打击走私犯罪。


图i为本实用新型对木材自动监管系统的组成框图； 图2为实施例i对装载木材的自动监管系统组成框图； 图3为实施例1中扫描仪获取的车厢横截面示意图； 图4为实施例1中摄像机的安装位置示意图； 图5为实施例1中车厢内木材的外轮廓示意图； 图6为本实用新型另一种木材自动监管系统组成框图； 图7为实施例2对原木的自动监管系统组成框图； 图8为实施例3的木材自动监管系统示意图。 图中1、图像采集装置；2、控制计算机；3、转换器；4、交换 机；5、数据服务器。
具体实施方式
本实用新型提出的木材自动监管系统，结合附图和实施例详细说 明如下。
实施例l
如图l所示为本实用新型对木材自动监管系统的组成框图，用于
对行驶列车中装载的木材进行监管，该系统包括激光扫描仪，与控 制单元连接，用于扫描行驶列车车厢，得到车厢中木材的外轮廓线数
据，并将其发送到控制单元；控制单元，分别与摄像机和木材截面获
取单元连接，用于将接收的外轮廓线数据发送到木材截面获取单元， 并根据接收的外轮廓线数据获得列车进入或离开的分割信号，从而控
制摄像机的启动或停止；摄像机，用于连续拍摄列车车厢通过时的图 片，并将拍摄的图片发送到车厢长度获取单元；木材截面获取单元， 与木材体积管理单元连接，用于依据接收的外轮廓线数据获取木材截
面面积，并将其发送到木材体积管理单元；车厢长度获取单元，与木 材体积管理单元连接，用于根据接收图片中的车厢位移获取车厢长
度，并将其发送到木材体积管理单元；木材体积管理单元，用于根据 接收的木材截面面积与车厢长度获取列车装载的木材体积，判断木材 运载是否超出范围，自动进行监管。
下面详述本系统中各个组成单元的实现方式。 (l)激光扫描仪
为了在列车高速行驶过程中，获得每节车厢装载木材的体积，必 须能获得车厢中装载木材的外轮廓线数据，本实施例中激光扫描仪为 二维激光扫描仪，采用漫反射激光扫描器获得车厢中装载木材的外轮 廓线，每个激光扫描仪中的漫反射激光器设定扫描角度为90度，扫描
频率75Hz,通过上述两个激光扫描仪获得每个漫反射激光器到通过列
车车厢上木材外轮廓的各点距离，并将漫反射激光器到通过列车车厢 上木材外轮廓的各点距离发送到控制单元。
本实施例中二维激光扫描仪安装在车厢上方的龙门框架或者支架的两侧，所述龙门框架跨轨道设立，所述支架在轨道两侧位置。
(2) 摄像机
本实施例中的摄像机为黑白数字摄像机，如图4所示，安装在龙 门架上(或支架上)，从列车上方进行拍摄，使摄像机的视野可以覆 盖列车行驶轨道。
(3) 控制单元
本实施例中控制单元为计算机控制装置，分别与上述激光扫描仪 和摄像机连接，激光扫描仪在扫描到车厢进入或车厢离开时的扫描数 据会发生明显的变化，计算机装置根据上述扫描数据可以判断得出车 厢进入或车厢离开时的分割信号，根据上述分割信号启动摄像机拍摄 图片或停止摄像机拍摄图片，另外，计算机控制装置将扫描数据发送 到计算机中的木材截面获取单元。
(4) 木材截面获取单元
如图2为本实用新型实施例1木材自动监管系统示意图，木材解 码获取单元包括坐标变换子单元和截面累积求和子单元，其中，坐 标变换子单元分别与计算机控制装置和截面累计求和子单元连接，对 所述激光扫描仪与车厢中木材外轮廓各点的距离进行坐标变换，得到 车厢中木材外轮廓线各点坐标，并将其发送到截面累积求和子单元。
图3为由扫描仪获取的车厢横截面示意图，本实施例用激光扫描
仪得到车厢中木材的外轮廓线是基于激光测距原理的，即首先获取扫 描仪的激光器与装载板材上丄B两点的距离，根据该距离设定坐标，
经过坐标变换可以得出车厢内装载板材上丄S两点的坐标J(《，")、 3(《+/,《+7)，设定坐标，并将获取的距离值进行坐标变换技术为现 有常用技术，这里不再详述。
其中横截面累积求和子单元，与木材体积管理单元连接，用于根 据木材的外轮廓线各点坐标，通过累积求和获取装载木材的截面面 积，并发送到木材体积管理单元。在列车行驶车道的两侧上方位置，分别放置二维激光扫描仪，由 于扫描仪中激光器设定的扫描角度为90度，可以保证对车厢中木材的
外轮廓线的进行完整扫描，由于设定的扫描频率为75Hz,通过上述扫 描仪每秒可以获取75个外轮廓线，该列车为行驶列车，因此，每次扫
描到的车厢中木材的外轮廓线都是不同的，这样可以获取在行驶列车
车厢不同位置的木材外轮廓线，图5为由激光扫描仪得到其中一个车 厢中木材的外轮廓线，上述丄万两点经坐标变换所投影到X-Y轴(X 为横轴、Y为纵轴)所围成影阴部分的面积ASj的计算公式为
车辆从进入扫描区域到离开，会扫描到位于车厢不同位置的若干 个外轮廓线，对其中第i个外轮廓线围成的截面面积&就可以通过累 积求和获得，具体为
户i
其中，柳为扫描仪的激光器扫描车厢中木材横截面时所采集的外 轮廓线上的点数减1。
本实施例中当车厢内装载的木材为原木时，木材截面获取单元还 包括原木缝隙面积去除子单元，该原木缝隙面积去除子单元与截面累 积求和子单元连接，将累积求和后获得的装载木材的截面面积与数值 范围为0.96-0.98的系数乘积，用于去除原木空隙占用的面积，得到 列车装载原木的截面面积。
通过上述方法，可以获取扫描到的位于车厢不同位置的木材横截 面面积。
(5)车厢长度获取单元
如图2所示的本的木材自动监管系统组成框图，本实施例中车厢 长度获取单元包括
车厢位移获取子单元，与车厢长度计算子单元连接，用于获取车厢进入与车厢离开期间所拍图片中特征区域的位移，获取车厢位移占 有的像素并将其发送到车厢长度计算子单元。
单位像素标定子单元，与车厢长度计算子单元连接，用于标定摄 像机所拍图片中单位像素所对应的实际距离；对于标定摄像机所拍图 片中单位像素所对应的实际距离，可以在摄像机的视野内竖立标尺进
行标定，如若标尺的长度为2m，调整相机参数，使得标尺对应的像 素数目约为2000个，则图像中的一个像素所对应的实际长度约为 lmm，因此，只要边缘定位到像素级就可以满足国家标准的规定。另 外，也可以使用标准长度车厢的边线代替标尺进行标定。
车厢长度计算子单元，与木材体积管理单元连接，用于根据车厢 位移所占用的像素与单位像素所对应的实际距离，获取车厢实际移动 距离，得到车厢长度并发送到木材体积管理单元。
本实施例中根据上述位移计算车厢实际移动的距离的方法为获 取数字摄相机所拍摄图像中一个像素对应的实际长度；获取所述位移 所占用的像素数目；由所述一个像素对应的实际长度与像素数目乘积 获得实际列车车厢移动的距离。
如图5所示车厢的外轮廓图，本实施例中根据激光扫描仪提供数 据判断得出的车厢头部到达和车厢尾部离开信号，以将拍摄车厢头部 与拍摄车厢尾部间拍摄到的"个图片中计算得到的车厢移动距离相 加，则得到车厢总长度丄，公式如下
丄=丄0 +丄；+丄2...+1^-/
其中，丄。为从车厢头部到达拍摄的第一张图片与第二张图片间车 厢移动的距离，丄7为从车厢头部到达拍摄的第二张图片与第三张图片
获得的车厢移动的距离，丄2为车厢头部到达拍摄的第三张图片与第四 张图片获得的车厢移动的距离，^"为车厢头部到达拍摄的第 张图片与第"张图片获得的车厢移动的距离。
关于上述激光扫描仪提供的车厢头部到达和车厢尾部离开信号的方法，可以使用激光扫描仪与数字摄像机直接连接，直接向数字摄 像机传递扫描到车厢头部达到与车厢尾部离开的信号，或将激光扫描 仪连接到计算机控制装置，由计算机控制装置获取激光扫描仪扫描到 车厢头部到达和车厢尾部离开信号时，间接控制数字摄像机进行或停 止图片拍摄。
本实施例中获取车厢长度单元获取车厢长度的方法不限于上述 累计求和，也可以直接由从车厢头部到达拍摄的第一张图片与第"张 图片获得的车厢移动的距离直接得出车厢的总长度。 (6)木材体积管理单元
用于根据接收的木材截面面积与车厢长度获取列车装载的木材 体积，判断该运载是否超出范围，实现自动进行监管。
本实施例中木材体积管理单元获取装载木材的体积有以下方法
根据木材截面获取单元已获取到在车厢内不同位置的装载木材 各个截面面积，通过上述各个装载木材的截面面积的平均值与车厢总 长度的乘积求出装载木材的体积，该方法简单，且具有一定的精确度；
激光扫描仪的扫描频率比较低，甚至在车辆通过时由激光扫描仪 仅扫描到一张装载木材的横截面，这种情况下，也可以直接由该横截 面面积与车厢总长度的乘积求出装载木材的体积，该方法也可以获取
装载木材的体积，但获得的装载木材的横截面越多，越接近真实的木 材横截面，精度会越高。
本实施例中激光扫描仪的扫描频率为75Hz，在车厢通过时，获 得的横截面图有若干张，因此可以获取装载木材在车厢各个不同位置 的横截面面积，由于在车厢长度获取单元中可以分段获得车厢的移动 距离，各个分段的移动累积求和为车厢总长度，因此实际每段移动距
离对应车厢不同段长度，由于根据激光扫描仪可以获取到车厢不同段 内的多个横截面面积，因此获得车厢内每段装载木材的体积，这样得 到的装载木材的体积精度是最高的，本实施例中就是釆用这种方法，具体为
在摄像机拍摄列车通过时的图片时，釆用计时装置获取两相邻图 片间的特征点的位移所用的时间At,由两相邻图片中特征区域的位
移，通过坐标变换获取实际车厢的位移Li,由于扫描仪中激光器的扫 描频率为75Hz，所以在的At的时间内，所扫描到的车厢装载木材截 面数目"为 "=Atx75
可以得出截面Si (At的起始时间所扫描到的横截面)、截面S!+n
(经At后所扫描到的横截面)间的车货体积AP;(即其中一段车厢 内装载木材的体积)的计算公式为
其中，L i由两相邻图片中特征区域的位移通过坐标变换获取实际 车厢的位移，n为在的At的时间内所扫描到的车厢装载木材截面数 目，At为两相邻图片间的特征点的位移所用的时间。
因而，整个车厢内装载木材的体积V就可以根据以下公式计算 得出
其中，p为由数字摄像机所拍摄连续图片所得到的整个车厢的段
数，/为整数。
本实施例中的木材自动监管系统，实现对行驶车辆中所运输的木 材体积的自动测量，管理人员根据得到的木材体积判断是否超出范 围，实现自动监管，由于取代了传统的人工测量，不会出现漏检，且 检测的木材的体积精度高，对打击走私犯罪、降低人工查验强度、提 高通关效率和查验准确性起到积极作用。
实施例2
如图6所示为实用新型提供另一种木材自动监管系统，用于对堆场原木或静止车辆中的装载原木进行监管，该系统包括摄像机，与 图像处理单元连接，用于拍摄原木端面图像，并将拍摄的原木端面图
像发送到图像处理单元；原木长度获取，用于釆用刻度尺测量原木的 长度；图像处理单元，与截面面积获取单元连接，用于对接收的原木
端面图像进行处理，获取每根原木在所述原木端面图像中所对应的区
域，并将其发送到截面面积获取单元；截面面积获取单元，与原木材 积管理单元连接，用于根据每根原木在所述原木端面图像中所对应的 区域，确定每个原木端面的长短径及中心，获得所述原木截面面积， 并发送到原木材积管理单元；原木材积管理单元，用于根据接收的原 木截面面积与测得的原木长度获取原木材积，进行监管。下面详述本 实施例中各个步骤的实现方式。
本实施例中，由于原木的横截面面积是由图像获得，需要建立所 拍摄的图像与实际距离的比例关系，测量堆场原木情况下，在摄像机 成像时，在原木堆下方放置固定长度的标尺，使之与原木端面在同一 平面内。通过计算标尺长度在图像中所对应的像素数目，就可以获得 图像中一个像素对应的实际长度。若标尺长度为2m，调整相机参数， 使得标尺对应的像素数目约为2000个，则图像中的 一个像素所对应的 实际长度约为lmm，因此，只要边缘定位到像素级就可以满足国家标 准的规定。同理，原木横截面获取原理也是一样的，实际上对于多数 原木端面，其短径的长度即使与实际长度有微小的差异，也不会影响 其径级的划分。
对于不适合在原木端面附近放置标尺的情况，如静止列车的车厢 端面，可以使用标准长度车厢的边线代替标尺进行长度标定，另外也 可以在摄像机的视野内竖立标尺进行标定。
如图7为本实施例木材自动监管系统的结构图，具体包括
(1)摄像机，
本实施例中摄像机与图像处理单元连接，用于拍摄原木端面图像，并将拍摄的原木端面图像发送到图像处理单元，该摄像机为数字 摄像机或模拟摄像机。
(2)图像处理单元
由于所拍摄一幅原木端面图像包含了数百根原木端面，要分别把 这些不同原木端面的准确轮廓提取出来才能获取原木的横截面面积。 本实施例中在得到原木端面图像后，由图像处理单元提取每根原木在 原木端面图像中所对应的区域。
如图4所示，图像处理单元包括图像预处理子单元、图像分割 子单元、图像轮廓提取子单元。
原木端面图像预处理子单元，与图像分割子单元连接，用于去除 原木端面图像中的背景，并将处理后的原木端面图像发送到图像分割 子单元。
本实施例中原木端面图像预处理子单元又包括人工预处理子单 元和边缘检测子单元。
人工预处理子单元，用于消除待检测原木外的背景，由于原始原 木图像中通常包含了除待测原木外的其他景物，为消除这些背景的影 响，需要采用人工预处理子单元进行人工预处理，为下一步处理提供 统一的信息表达。
在原木材积自动化检测系统中，由于相机视场的变化，以及被检 测对象的变化，使得图像中存在着一些其他景物。这些景物会给识别 带来影响，因此图像的预处理要解决的一个问题就是去除这些无关背 景，给下一步的处理提供统一的信息表达。通常，图像中与检测目标 无关的背景比较复杂，所以这一操作由搡作员手工完成。
图像的后续处理在人工预处理后的区域中进行，从而能排除背景 的干扰。由于本实施例中采用了标准长度的标尺来确定图像像素对应 的实际长度，因此标尺在图像中的位置信息至关重要，必须准确地对 标尺进行定位，以减少因标尺的误差所带来的测量误差。因此，标尺的确定由搡作员来完成。
边缘检测子单元，用于采用边缘检测的方法检测出一些细微的背 景并去除。
图像分割子单元，与图像轮廓提取子单元连接，用于对处理后的 原木端面图像进行图像分割，获取每根原木在原木端面图像中对应的 区域，并将其发送到图像轮廓提取子单元。
对预处理后的端面图像进行图像分割，获取不同原木在端面图像 中对应的区域，本实施例中的图像分割子单元包括霍夫变换子单元， 分别与图像预处理子单元和匹配度获取子单元连接，对处理后的原木 端面图像进行霍夫变换，根据每根原木端面区域对应的霍夫变化峰 值，确定每根原木端面区域的中心；匹配度获取子单元，与轮廓子单 元连接，用于设定以每根原木端面区域的中心为圆心的圆形模板，获 取圆形模板在不同直径下与每根原木端面区域的匹配度；区域确定子 单元，与图像轮廓提取子单元连接，用于在匹配度获取子单元得到的 匹配度大于设定阈值下终止匹配，确定匹配度最大的圆形模板为匹配 模板，落入匹配模板内的区域为原木在端面图像中对应的区域。
一幅原木端面图像中往往有上百个原木端面，要对这些端面进行 分析，首先就要对他们进行分割，然后利用分割的结果对端面进行进 一步的分析，即把 一个对多目标检测问题转化为对多个单目标的检测 问题，从而使后续的图像分析成为可能。这样，原木的图像分割就具 有如下两个目的， 一是将图像中的原木端面和背景分离开，二是给每 一端面赋予特定的标记从而使之与图像其他端面分离。分割既要使各 端面的特征描述尽量准确，又要使多检、漏检的情况尽量少。
原木端面图像分割是要建立一种对图像端面的描述，这种描述能 够反映图像中每一个原木端面所在的大致区域，即不同的端面在图像 中对应相应的区域。由于原木端面绝大多数是类圆形状，因此用圆(包 括圆心的坐标和圆的半径)来描述图像分割的结果是很有效的，而原木端面图像分割的实质也就是对图像中各个原木端面对应的类圆的 聚类。
对分割后的端面图像进行轮廓提取，获取不同原木在端面图像中 对应区域的轮廓，根据基于小波变换所进行的边缘检测区分可信点与 不可信点，去除边缘的不可信点，对边缘的可信点进行插值来恢复边 缘轮廓，得到不同原木在端面图像中对应区域的轮廓。
本实施例中的图像轮廓提取子单元，与截面面积获取单元连接， 用于对分割后的原木端面图像进行轮廓提取，获取每根原木在原木端 面图像中对应区域的轮廓，并将其发送到截面面积获取单元连接。 (4)截面面积获取单元
根据不同原木在端面图像中对应区域的轮廓，确定不同原木端面 的长短径及中心，获得堆场原木或装载原木的横截面面积。
在获取了原木端面的轮廓后，需要进行径级的计算。计算径级要 符合国家标准的要求。首先需要确定原木端面的中心。然而国家标准 中，并没有规定确定原木端面中心的方法。人工检尺时，原木端面的 中心是根据检尺员的经验来确定的。在多次试验和研究之后，我们把 原木端面的中心确定为原木轮廓的最大内切圆的圆心。
获得端面中心后，即可根据端面的轮廓及其中心来确定原木端面 的长，短径。其算法为过端面的中心作直线，记录直线与轮廓的两 个交点之间的线段的长度，在所有这些线段中，长度最短的线段为端 面的短径。在获取端面的短径之后，过中心作与短径垂直的直线，该 直线与端面轮廓的两个交点之间的线段即为长径。这样就获得了端面 的长短径，然后可以遵循国家标准来计算端面的径级而求得原木截面 面积。
实施例3
如图8为本实施例的木材自动监管系统，其中行驶列车为火车， X-l、 X、 X+l代表不同的车厢，该车厢内装载有木材，在火车行驶轨道的上方不同位置分别安装有四个摄像机，摄像机C1、 C3用于拍 摄车厢内木材的端面图像，Cl、 C3位于轨道上方，分别倾斜一定角
度拍摄后、前端面图像，摄像机C2、 C4位于轨道上方两侧用于连续 拍摄车厢通过时的图片，用于获取车厢长度，摄像机C1、 C2、 C3、 C4分别与图像釆集装置1连接，图像釆集装置1与控制计算机2连
接，图像釆集装置1用于对摄像机拍摄的图像进行数据釆集并发送给 控制计算机2，控制计算内的软件用于获取车厢长度，具体可以按实 施例1中所述的方法得到车厢的长度，激光扫描仪器C5、 C6用于扫 描车厢内木材的外轮廓，位于轨道上方左右两侧，激光扫描仪器C5、 C6与转换器3连接后接入控制计算机2，转换器3用于将激光扫描仪 获取的距离值转换为坐标值获取木材外轮廓数据，将外轮廓数据发送 给控制计算机2，由控制计算机2内的软件还用于获取木材截面面积， 具体可以按实施例l所述的方法计算木材横截面面积，同时控制计算 机2根据接收的外轮廓数据还可以判断车厢进入与离开的信号，从而 控制摄像机C2、 C4的启动与静止。控制计算机2可以将上述获得的
各个数据包括车厢端面图像数据、车厢长度数据、车厢横截面数据、 计算得到的木材体积数据等通过交换机4发送到数据服务器5上进行 保存，管理人员登录该服务器可以获取到各个数据。本实施例中由于 行驶列车的移动速度很快，所以由摄像机C1、 C3拍摄的车厢内木材 的端面图像不是很准确，所以在装载木材是原木的情况不用该图片而 是按实施例2的方法获取原木横截面面积，或者直接将获取的木材截 面面积乘以系数0.96 ~ 0.98,将拍摄的图像由控制计算机2发送到数 据服务器5中存档，由管理人员调出上述图片获取木材的种类，作为 管理木材的参数数据。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限 制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范 围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求 限定。
权利要求1、一种木材自动监管系统，用于对行驶列车中装载的木材进行监管，其特征在于，该系统包括激光扫描仪，与控制单元连接，用于扫描行驶列车车厢，得到车厢中木材的外轮廓线数据，并将其发送到控制单元；控制单元，分别与摄像机和木材截面获取单元连接，用于将接收的外轮廓线数据发送到木材截面获取单元，并根据接收的外轮廓线数据获得列车进入或离开的分割信号，从而控制摄像机的启动或停止；摄像机，用于连续拍摄列车车厢通过时的图片，并将拍摄的图片发送到车厢长度获取单元；木材截面获取单元，与木材体积管理单元连接，用于依据接收的外轮廓线数据获取木材截面面积，并将其发送到木材体积管理单元；车厢长度获取单元，与木材体积管理单元连接，用于根据接收图片中的车厢位移获取车厢长度，并将其发送到木材体积管理单元；木材体积管理单元，用于根据接收的木材截面面积与车厢长度获取列车装载的木材体积，进行监管。
2、 如权利要求l所述的木材自动监管系统，其特征在于，所述 激光扫描仪为二维激光扫描仪，安装在车厢上方的龙门框架或者支架 的两侧，所述龙门框架跨轨道设立，所述支架在轨道两侧位置，所述 二维激光扫描仪釆用漫反射激光扫描器，将扫描的漫反射激光扫描器 与车厢中木材外轮廓各点的距离发送到控制单元。
3、 如权利要求2所述的木材自动监管系统，其特征在于，所述木材截面获取单元包括坐标变换子单元与截面累计求和子单元连接，对所述漫反射激 光扫描器与车厢中木材外轮廓各点的距离进行坐标变换，得到木材的外轮廓线各点坐标，并将其发送到截面累积求和子单元；所述截面累积求和子单元，与所述木材体积管理单元连接，用于根据木材的外轮廓线各点坐标，通过累积求和获取装载木材的截面面 积。
4、 如权利要求2所述的木材自动监管系统，其特征在于，所述木材截面获取单元还包括原木缝隙面积去除子单元，与所述截面累积求和子单元连接，用 于在列车装载的木材为原木时，将累积求和后获得的装载木材的截面面积与数值范围为0.96 ~ 0.98的系数乘积，用于去除原木空隙占用的 面积，得到所述原木的截面面积。
5、 如权利要求1所述的木材自动监管系统，其特征在于，所述 摄像机为数字或模拟摄像机，所述摄像机安装在龙门架或者支架上， 从列车上方在进行拍摄，使摄像机的视野可以覆盖轨道。
6、 如权利要求1 5任一项所述的木材自动监管系统，其特征在 于，所述车厢长度获取单元包括车厢位移获取子单元，与车厢长度计算子单元连接，用于获取车 厢进入与车厢离开期间所拍图片中特征区域的位移，获取所述位移占 有的像素并将其发送到车厢长度计算子单元；单位像素标定子单元，与车厢长度计算子单元连接，用于标定摄 像机所拍图片中单位像素所对应的实际距离；车厢长度计算子单元，与所述木材体积管理单元连接，用于根据 所述位移所占用的像素与单位像素所对应的实际距离，获取车厢实际 移动距离，得到车厢长度。
7、 一种木材自动监管系统，用于对堆场原木或静止车辆中的装 载原木进行监管，其特征在于，该系统包括-.摄像机，与图像处理单元连接，用于拍摄原木端面图像，并将拍摄的原木端面图像发送到图像处理单元； 刻度尺，用于测量原木的长度；所述图像处理单元，与截面面积获取单元连接，用于对接收的原木端面图像进行处理，获取每根原木在所述原木端面图像中所对应的 区域，并将其发送到截面面积获取单元；所述截面面积获取单元，与原木材积管理单元连接，用于根据每 根原木在所述原木端面图像中所对应的区域，确定每个原木端面的长短径及中心，获得所述原木截面面积，并发送到原木材积管理单元；所述原木材积管理单元，用于根据接收的原木截面面积与测得的 原木长度获取原木材积，进行监管。
8、 如权利要求7所述的木材自动监管系统,其特征在于，所述 图像处理单元包括图像预处理子单元，与图像分割子单元连接，用于去除原木端面 图像中的背景，并将处理后的原木端面图像发送到图像分割子单元；图像分割子单元，与图像轮廓提取子单元连接，用于对处理后的 原木端面图像进行图像分割，获取每根原木在原木端面图像中对应的 区域，并将其发送到图像轮廓提取子单元；图像轮廓提取子单元，与截面面积获取单元连接，用于对分割后 的原木端面图像进行轮廓提取，获取每根原木在原木端面图像中对应 区域的轮廓，并将其发送到截面面积获取单元连接。
9、 如权利要求8所述的木材自动监管系统，其特征在于，所述 图像分割子单元包括霍夫变换子单元，分别与图像预处理子单元和匹配度获取子单元 连接，对处理后的原木端面图像进行霍夫变换，根据每根原木端面区 域对应的霍夫变化峰值，确定每根原木端面区域的中心；匹配度获取子单元，与轮廓子单元连接，用于设定以所述每根原 木端面区域的中心为圆心的圆形模板，获取所述圆形模板在不同直径 下与每根原木端面区域的匹配度；区域确定子单元，与图像轮廓提取子单元连接，用于在匹配度获 取子单元得到的匹配度大于设定阈值下终止匹配，确定匹配度最大的圆形模板为匹配模板，落入所述匹配模板内的区域为原木在端面图像 中对应的区域。
10、如权利要求7所述的木材自动监管系统，其特征在于，所述 摄像机为数字或模拟摄像机。
专利摘要本实用新型涉及一种木材自动监管系统，该系统采用激光测量获取行车列车装载木材的横截面面积，利用摄像机拍摄图片获取列车车箱长度，从而获得装载木材的长度，自动计算出装载的木材体积实现对进口原木监管，另一种系统还包括拍摄静止原木端面图像、对原木端面图像进行处理后得到各原木面积的装置，利用刻度尺测量原木的长度，自动实现对堆场原木或静止列车中的原木进行材积计算，根据计算的材积实现原木的自动监管。本实用新型提高的系统取代现有人工测量材积系统，对打击走私犯罪、降低人工查验强度、提高通关效率和查验准确性起到积极作用。
文档编号G06K9/46GK201233223SQ20082010954
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者公建宁, 胜 张, 曲海波, 武启平, 薛江云, 杰 赵 申请人:天恒威科技(北京)有限公司