一种用于规则三维对象体积测量的方法和系统与流程

本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种用于规则三维对象体积测量的方法和系统。

背景技术：

随着全球网络购物的快速增长，物流行业迅速发展，物流包裹的吞吐量与日俱增。其中，对物流包裹体积的准确、快速、方便地测量是不可缺少的一个重要环节，对物流企业的揽件收费处理速度有着决定性的影响。传统的通过人工测量包裹体积的方式，不仅需要投入大量的人力，而且测量速度慢、误差较大。部分物流企业开始使用自动化的测量设备，但是这些设备价格昂贵，安装复杂，不能方便灵活地大范围使用。

授权公告号为CN205138424U的中国实用新型专利，公开了一种用于物流行业的包裹体积测量装置，其包括底座、支架、图像传感器以及高度测量组件，底座上设有托盘，托盘表面设置有多个均匀分布的标识点，底座内设有控制主板以及用于带动高度测量组件在支架上上下移动的传动组件。然而，该测量装置仍然需要复杂的底座与高度测量等组件，其结构复杂、成本较高；并且其测量范围受限于托盘的大小和支架的高度，量程较小；由于其高度测量依赖于机械式上下移动的高度测量组件和传动组件，导致测量速度慢；同时其不能方便地移动测量任意摆放的包裹，反而需要将包裹搬运到其托盘上并对齐标识点之后才能开始测量，进一步降低了测量速度和测量灵活性。

技术实现要素：

本发明的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于规则三维对象体积测量的方法和系统，其能够能够灵活便携地完成各种尺寸包装箱体积的测量，不仅测量速度高，且测量成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于规则三维对象体积测量的方法，其包括：

步骤A：将参考标尺设置在规则三维对象的至少一条轮廓线上；

步骤B：获取包括所述规则三维对象和参考标尺的第一图像；

步骤C：对所述第一图像进行图形视觉分析处理，获取所述规则三维对象的轮廓线和参考标尺的轮廓线的图像长度；

步骤D：基于所述参考标尺的预设实际长度、参考标尺的轮廓线的图像长度、以及所述三维对象的轮廓线的图像长度，获取所述规则三维对象的体积。

优选地，所述规则三维对象包括：立方体、长方体、圆柱体、圆锥体、棱锥体、平行六面体、梯形体、以及圆台体。

优选地，所述方法进一步包括重复执行步骤A和步骤B，获取两幅以上所述第一图像；

其中，在重复步骤A时，所述参考标尺的标尺臂所设置的轮廓线部分不相同或者全部不相同；或者，所述参考标尺的数量大于一。

优选地，所述方法进一步包括在测量过程中实时显示设置参考标尺的辅助提示信息。

优选地，所述方法进一步包括在测量过程中实时显示测量数据和/或测量结果。

一种用于规则三维对象体积测量的系统，其包括便携式电子装置和参考标尺；所述便携式电子装置包括摄像头、图像处理单元、控制计算单元、以及人机交互接口单元；

其中，所述参考标尺构造为可以紧贴设置在规则三维对象的至少一条轮廓线上；

所述摄像头用于获取包括所述规则三维对象和参考标尺的第一图像；

所述图像处理单元用于对所述第一图像进行图形视觉分析处理，获取所述规则三维对象的轮廓线和参考标尺的轮廓线的图像长度；

所述控制计算单元用于基于所述参考标尺的预设实际长度、参考标尺的轮廓线的图像长度、以及所述三维对象的轮廓线的图像长度，获取所述规则三维对象的体积；

所述人机交互接口单元用于接收用户输入的测量指令，显示获取的测量结果。

优选地，所述摄像头为单目摄像头。

优选地，所述参考标尺包括至少两条可折叠和展开地连接在折叠部的标尺臂。

优选地，所述参考标尺的标尺臂的长度相等。

优选地，所述参考标尺的标尺臂的颜色相同或者不相同，并且均与所述规则三维对象的颜色不相同。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

通过摄像头和参考标尺配合，从所获取的规则三维对象的图像来进行体积计算，其简化了传统测量方法需要移动测量对象的过程，能够有效地提高测量速度；并且不受测量对象所处环境的空间限制，能够灵活便携地完成各种尺寸包装箱体积的测量；此外，其结构简单，能够大幅减低制造成本，并且其测量过程简单，不需要对测量者进行复杂的测量知识培训，降低了测量的人力成本。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的用于规则三维对象体积测量的方法的流程图；

图2是根据本发明另一实施例的用于规则三维对象体积测量的方法中获取轮廓线的图像长度的流程图；

图3是根据本发明一实施例的用于规则三维对象体积测量的系统的结构示意图；

图4是根据本发明另一实施例的用于规则三维对象体积测量的系统中的测量标尺设置在圆柱形测量对象上的示意图；

图5是根据本发明又一实施例的用于规则三维对象体积测量的系统中的人机交互界面的示意图；

图6是根据本发明一实施例的用于规则三维对象体积测量的系统中参考标尺的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下文结合图1对本发明一实施例公开的用于规则三维对象体积测量的方法应用于快递物流现场测量包装箱尺寸体积的典型经验场景进行详细说明。

步骤101：设置参考标尺

以正方体或者长方体形状的包装箱或者包裹为例，在进行测量时，可以将参考标尺紧贴设置在包装箱的顶角上，使参考标尺的三条活动标尺臂分别紧贴相交于该顶点的三条棱上，其中三条活动标尺臂的长度可以相同或者不同，但其实际长度均已经预先通过其他方式获取或者存储(例如，按照预设的长度制造或者使用常规二维量具测量过参考标尺的标志臂的长度)。

步骤102：获取第一图像

具体地，可以根据测量者的指令(例如，通过用户界面菜单点击开始测量按钮)，通过摄像头在距离包装箱一定距离处进行拍摄，获取包括包装箱和参考标尺的第一图像。其中，在拍摄时，不需要移动或者搬运包装箱，在设置好参考标尺之后，可以由测量者持摄像头对包装箱进行拍摄，不需要过多的特别调整角度，使所获得的图像清楚地显示包装箱和参考标尺的各条活动标尺臂即可，从而可以快速、方便地获取图像，缩短测量时间，减少不必要的货物搬运。进一步地，所获取的第一图像可以存储在本地存储装置上，也可以通过有线或者无线网络发送给远端储存装置。

在优选的实施方式中，可以通过分别将参考标尺的标尺臂紧贴设置在测量对象的不同部位(例如，立方体的不同顶点所对应的三条棱)，重复执行上述步骤，从而获取两幅或更多幅第一图像；或者，可以通过设置两个或者更多参考标尺，分别进行拍摄来获取两幅或者更多幅第一图像。通过多幅第一图像，可以获取更精确的测量数据。

步骤103：获取轮廓线的图像长度

其中，可以通过具有图像处理器的电子设备对所获取的第一图像进行图形视觉分析处理，获取包装箱的轮廓线(例如，立方体或长方体上设置有活动标尺臂的棱)和参考标尺的轮廓线的图像长度。其中，此处所指的长度是指计算机系统中以像素为单位表示的图像中两点之间的距离。

在优选的实施例中，可以进一步在显示屏上通过不同的颜色来分别显示所确定的包装箱的轮廓线和参考标尺的轮廓线。

步骤104：获取规则三维对象的体积

具体地，控制计算单元可以基于所述参考标尺的预设实际长度与参考标尺的轮廓线的图像长度计算第一图像的透视角度下物体的形变比例。由于在相同透视角度下所获取的同一幅图像中物体的形变比例相同，因此，可以进一步基于该形变比例和包装箱的棱的轮廓线的图像长度获取包装箱实际棱长。进而根据包装箱的三条棱长之乘积，可以获取包装箱的准确体积。

上述实施例中，通过摄像头和参考标尺配合，从所获取的规则三维对象的图像来进行体积计算，其简化了传统测量方法需要移动测量对象的过程，能够有效地提高测量速度；并且不受测量对象所处环境的空间限制，能够灵活便携地完成各种尺寸包装箱体积的测量；此外，其测量过程简单，不需要对测量者进行复杂的测量知识培训，降低了测量的人力成本。

如图2所示，本发明一优选的实施方式中，上述获取轮廓线的图像长度的步骤进一步可以包括以下步骤。

步骤201：获取位图图像

其中，可以通过数字图像处理技术将通过摄像头拍摄的第一图像文件转化为位图Bitmap文件，从而可以去除不必要的冗余图像信息数据。在此步骤之前，还可以预先对第一图像文件进行均值滤波处理，去除常见噪声和干扰。

步骤202：通过神经网络和深度学习进行图像处理，或者获取灰度图像

具体地，可以通过图像处理软件或者算法对所获取的位图文件进行二值化灰度处理，获取灰度图像。或者，在优选的实施方式中，使用神经网络和深度学习数据对所获取的位图图像进行处理。

其中，步骤202中的两种图像处理方法可以在进行测量时由使用者通过用户交互界面选择，也可以由控制计算单元根据便携设备的计算资源情况自动选择。并且优选的实施方式中的步骤202可以合并或者融合步骤203的过程，通过神经网络和深度学习数据对图像中的规则三维对象的轮廓线和顶点进行识别，从而直接获得相应的图像尺寸数据，然后继续执行步骤204。

步骤203：轮廓线边缘识别

具体地，可以通过Canny边缘检测算法对灰度对象进行进一步的去噪，然后用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向，对梯度幅值进行非极大值抑制，然后用双阈值算法检测和连接边缘，从而获取灰度图像中不同图形的轮廓线边缘。

步骤204：颜色识别

由于可以将包装箱于参考标尺的活动标尺臂设置为不同颜色，例如具有较大的颜色反差，因此，在通过步骤203中所获取的不同图形的轮廓线边缘确定不同的形状范围之后，可以根据第一图像上该图形范围对应位置处的平均颜色值的不同来确定灰度图像上该形状范围对应的是包装箱还是参考标尺的活动标尺臂。进而可以分别和/或同时进行参考标尺分支和测量对象分支的处理步骤205和步骤206，其分别根据本步骤的颜色识别结果针对参考标尺的活动标尺臂对应的图像形状，以及测量对象(即规则三维对象，例如立方体、长方体在所拍摄的图像上经过数字图像处理后对应区域的图像形状)。

步骤205：进行直线检测

具体地，分别对步骤204所确定的包装箱和参考标尺的活动标尺臂对应的形状范围进行LSD(Line Segment Detector，直线分割检测)直线检查，例如，可以通过霍夫变换将具有相同特征的几何形状(如，直线，圆，曲线等)从从灰度图像分离出来。

步骤206：趋同直线段拟合

进一步地，通过趋同直线段拟合，从而分别获取表示包装箱棱线的轮廓线(例如，多个相切的平行四边形的各条边)及其图像长度，以及表示参考标尺的活动标尺臂的轮廓线(例如，为相对较短的直线段)，也即测量标志线或者活动标尺臂的图像长度。

步骤207：计算规则三维对象的体积

在如图3所示的本发明一实施例中，以图3中的规则三维对象为例(例如，长方体物流包装箱/盒)，其轮廓线包括9条直线段，而计算体积只需要使用其中设置了参考标尺的三条边或棱。具体地，例如，通过步骤206所获取的待测对象分别表示其长宽高的三条轮廓线的图像长度为Di(Xi，Yi，Zi)，标尺臂的图像长度Dh(Xh，Yh，Zh)，由于三条标尺臂的图像各自对应的三条标尺臂的实际长度已知为Da(Xa，Ya，Za)，根据相同透视角度的物体形变比例一致的原理，即待测对象的实际尺寸D满足：D/Da＝Di/Dh。进一步地，可以确定D＝(Di*Da)/Dh，因此可以获取待测对象的实际尺寸D(X，Y，Z)，进而可以获得该长方体的体积V＝X*Y*Z。

在如图4所示的本发明另一实施例中，以图4中的圆柱体物流包装盒/包裹为例，其轮廓线包括圆柱体的两条表示高的直线和表示底面的弧线或椭圆。在测量时，可以将参考标尺的一条标尺臂垂直地设置在圆柱体侧面上。具体地，例如，可以在标尺臂上设置有水平仪等装置，以辅助放置活动标尺臂。并且，在本实施例中，参考标尺可以仅具有两条活动标尺臂，且可以设置为相互垂直。在优选的实施方式中，可以在其中一条标尺臂紧贴圆柱侧面位置设置一定的弧度，从而可以使另一条标尺臂的延长线更准确地通过圆柱底面的圆心。

通过步骤206可以分别获取该圆柱体的高和底面直径的图像长度为Di(Xi，Yi)，标尺臂的图像长度Dh(Xh，Yh)，由于两条标尺臂的图像各自对应的标尺臂的实际长度已知为Da(Xa，Ya)，根据相同透视角度的物体形变比例一致的原理，即待测对象的实际尺寸D满足：D/Da＝Di/Dh。进一步地，可以确定D＝(Di*Da)/Dh，因此可以获取该圆柱体的高和直径的实际尺寸D(X，Y)，进而可以获得该圆柱体的体积V＝π*(Y/2)²*X。

图3为本发明一实施例提供的一种用于规则三维对象体积测量的系统的结构示意图。所述系统包括便携式电子装置1和参考标尺2；所述便携式电子装置1包括摄像头11、图像处理单元(未示出)、控制计算单元(未示出)、以及人机交互接口单元12(例如，可以包括触摸显示屏、键盘、扬声器、麦克风等)。

其中，所述参考标尺2构造为可以紧贴设置在规则三维对象(例如，图3所示的长方体)的至少一条轮廓线上。

所述摄像头11用于获取包括所述规则三维对象和参考标尺的第一图像，其可以为单目、双目或三目摄像头。本发明可以仅使用单目摄像头即可完成体积测量，从而可以降低测量系统的硬件成本。

所述图像处理单元用于对所述第一图像进行图形视觉分析处理，获取所述规则三维对象的轮廓线和参考标尺的轮廓线的图像长度。图像处理单元可以为独立的图形图像处理器，也可以为集成在中央处理器中。

所述控制计算单元用于基于所述参考标尺的预设实际长度、参考标尺的轮廓线的图像长度、以及所述三维对象的轮廓线的图像长度，获取所述规则三维对象的体积。具体地，控制计算单元可以通过执行预先存储在内部或者外部存储装置中的指令集(例如，物流包裹体积测量APP应用程序)和使用者输入的命令来进行体积测量。

所述人机交互接口单元11用于接收用户输入的测量指令，显示获取的测量结果。

在优选的实施例中，所述系统可以进一步包括通信接口(例如，诸如RJ45、USB、同轴电缆等有线通信接口，或者WIFI、GPRS、3G/4G移动无线通信网络、蓝牙等无线通信接口)。一方面，可以将所获取的测量结果通过通信接口发送给其他电子设备，或者从其他电子设备接收测量指令或者测量应用程序；另一方面，所述摄像头11可以不集成在所述电子装置1中，而为独立的装置(例如，如图5所示的摄像头11)，其通过通信接口将所获取的第一图像发送给电子装置1。相应地，所述电子装置1可以进一步包括易失性存储器或者非易失性存储器(例如，硬盘、闪存等)，以便接收摄像头或者其他装置发送的图像，并进一步可以用于保存所测量的结果以及测量过程所产生的数据。

图5示出了本发明一实施例提供的用于规则三维对象体积测量的系统中的人机交互界面示意图。

如图5所示，在测量过程中，可以通过点击触摸显示屏13上的开始按钮，开始测量操作。随后，控制计算单元启动摄像头11开始对测量对象进行拍摄。相应地，显示屏13上显示第一信息区域131和第二信息区域132。在测量开始时，可以通过第一信息区域132实时显示如何设置参考标尺的辅助提示线或者点，以便使用者更准确地设置在待测目标的相应位置处。待放置好参考标尺后，图像处理单元对摄像头拍摄的第一图像进行图形视觉分析处理，并通过第一信息区域132显示所获取的待测目标的轮廓线和参考标尺的轮廓线。在优选的实施方式中，可以使用不同的(例如，反差较大的)颜色来分别显示待测目标的轮廓和参考标尺的图像轮廓。并且，可以进一步地使用不同的颜色来分别显示参考标尺的不同标尺臂以及待测目标的不同位置的轮廓线。例如，分别使用红黄蓝来表示长方体上设置了参考标尺的三条棱。并且，还可以进一步根据图像中对应线条的长度或者立方体摆放的位置来分别用不同的颜色表示其长、宽、高。

第二信息区域132可以设置用于显示待测目标的轮廓线的长度和所计算的体积数据信息。在优选的实施方式中，还可以进一步包括相应的操作按钮，例如，分享、发送或者保存测量结果数据到指定的位置，从而可以提高物流计费的处理速度。

图6示出了本发明一实施例提供的用于规则三维对象体积测量的系统中参考标尺的结构示意图。如图6所示，参考标尺包括至少两条可折叠和展开地连接在折叠部21的标尺臂22。图6所示的三个标尺臂22的长度相同，但是在其他实施方式中，参考标尺的各条标尺臂可以具有不同的长度，并且也可以分别具有不同的颜色。进一步地，所述标尺臂上还可以设置有刻度，以便于在数字图像处理过程中更准确地校正计算结果，并能够方便使用直接获取较小包裹的轮廓长度读数。

参考标尺的标尺臂可以是由金属、塑料或者其他材料制成刚性部件。在优选的实施方式中，标尺臂原理折叠部21一端的横截面可以为L形或弧形，从而可以紧贴设置在长方体或者立方体的棱上；或者为弧形，从而可以紧贴圆柱的侧面。在另一个实施例中，参考标尺的标尺臂也可以设置为可变形部件，例如可以弯折为L形或弧形的金属薄片。

应当理解，说明书通篇所提到的“一实施例”或“优选的实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在优选的实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的单元(例如，各功能单元、处理器、存储器等)可以全部集成在一个单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。