物料堆三维重建系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种物料堆三维重建系统及方法。
【背景技术】
[0002]在生产过程的物流信息化管理中，对物料堆的有效计量成为大型企业整个物流信息化管理中一个很重要的环节。为了提高企业原材料自动化管理水平，如何准确的测量物料堆体积成为迫在眉睫的问题。
[0003]国内企业为了增强与国外企业的竞争力，非常重视企业管理的信息化建设，建立了庞大的管理信息系统。为了有效降低成本，建立起生产全过程的物流控制与管理信息系统，有效地计量、监控生产各环节的原材料消耗与产出。目前在生产过程的物流信息化管理过程中，对物料堆的有效计量成为大型企业整个物流信息化管理中一个很重要的环节，尤其对大型料场，例如水泥厂。为了保证产品生产的稳定，必须始终保持原材料充足的储备量。从另一方面来考虑，假如原材料储存量过剩，不仅浪费资源，也不利于资金周转。由于物料堆是人工微地形，形状复杂，测量的相对精度要求较高，且存在目标特性的多样性和复杂性，目前尚无行之有效的解决办法。因此，为了提高大型企业原料管理的自动化水平，如何准确测量物料堆体积成为迫在眉睫的问题。
[0004]传统的手工测量方法是把物料堆表面作为地形面，使用经纬仪视距法进行地形测量，测绘出大比例尺地形图，然后再利用手工方法测算物料堆的体积。这样的方法测量物料堆体积，既耗时又不精确，难以满足许多行业在处理速度与精度方面的要求。
[0005]从本质上来说，体积测量是对三维物体表面形状(深度)测量的延伸。物料堆三维重建技术的主要任务是恢复或推测出目标物体的三维信息。它的基本思想是从已知的二维信息中自动、有效地提取出目标物体在三维空间内的各种特征量。对大型物料堆进行非接触式体积测量，需要恢复物料堆的表面形状，其本质就是获取表面上各点的相对深度。因此，对物料堆表面深度信息的测量，成为物料堆三维重建的关键。
[0006]目前，基于视觉技术的深度测量方法，按照其测量过程中所采用的照明光源不同，大致可以分为两大类:主动视觉法与被动视觉法。前者是利用特定光源所提供的结构信息来获取深度信息，而后者则是在自然光条件下完成此任务的。
[0007]针对大型物料堆的测量，主动测距法原理比较简单，但在具体实现时需要的硬件设备比较多，成本较高，同时硬件的安装要求比较高，任何偏差都有可能影响测量精度。而被动测量方法所需硬件设备少，成本低，只需要基本的图像处理设备。但由于物料堆本身存在无特征性，若采用一般的被动视觉方法很难检测到物料堆的特征点。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，有必要提供一种物料堆三维重建系统及方法。
[0009]本发明还提供一种物料堆三维重建系统，包括相互电性连接的标定模块、采集模块、预处理模块、提取模块、匹配模块及三维重建模块，其中:所述标定模块用于通过对左右摄像机的标定来获取相关参数；所述采集模块用于分别获取左右摄像机拍摄的携带网格信息的物料堆的图像对；所述预处理模块用于对上述获取的图像对进行预处理；所述提取模块用于提取上述预处理后图像对中的特征点；所述匹配模块用于利用配准函数对已提取的特征点进行人工匹配；所述三维重建模块用于通过空间点的三维模型获得上述匹配的特征点的空间三维坐标值，并通过获得的空间三维坐标值还原物料堆的原型，计算得到所述物料堆的体积。
[0010]其中，所述的采集模块还用于事先对左右摄像机中图像的数据格式、视频制式、视频源路，图像的亮度、对比度、色调和饱和度设置相同的参数。
[0011]所述的预处理指对获取的左右图像对进行不同位数的位图之间的转换，图像的平滑、锐化、中值滤波去噪、图像的分割以及图像的边缘检测等操作。
[0012]所述的匹配指将所述图像对中对于同一点的不同存在的表示进行匹配。
[0013]本发明提供一种物料堆三维重建方法，该方法包括如下步骤:a.通过对左右摄像机的标定来获取相关参数；b.分别获取左右摄像机拍摄的携带网格信息的物料堆的图像对；c.对上述获取的图像对进行预处理；d.提取上述预处理后图像对中的特征点；e.利用配准函数对已提取的特征点进行人工匹配；f.通过空间点的三维模型获得上述匹配的特征点的空间三维坐标值，并通过获得的空间三维坐标值还原物料堆的原型，计算得到所述物料堆的体积。
[0014]其中，所述步骤b还包括事先对左右摄像机中图像的数据格式、视频制式、视频源路，图像的亮度、对比度、色调和饱和度设置相同的参数。
[0015]所述的预处理指对获取的左右图像对进行不同位数的位图之间的转换，图像的平滑、锐化、中值滤波去噪、图像的分割以及图像的边缘检测等操作。
[0016]所述的匹配指将所述图像对中对于同一点的不同存在的表示进行匹配。
[0017]本发明物料堆三维重建系统及方法，利用人工光源透过黑白网格照射到物料堆表面，然后采用双摄像机摄像，通过特征匹配来获取点，进而对物料堆进行三维重建。本发明可以由普通的摄像机和光学投影仪实现，结构简单，成本较低。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的实施环境示意图；
[0019]图2为本发明物料堆三维重建系统的功能模块图；
[0020]图3为本发明物料堆三维重建方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0022]参阅图1所示，是本发明的实施环境示意图。本发明的实施环境主要由光源10、网格12、摄像机14和摄像机15、计算机16以及物料堆18构成。
[0023]其中，所述光源10为点光源。
[0024]所述网格12位于所述光源10正下方，该网格12为带有特殊信息的黑白网格，所述光源10发射的光透过网格12投射到物料堆18上。本实施例中该网格12位于所述光源10正下方大约1CM处。
[0025]所述摄像机14和所述摄像机15为离中心距相等的左右两个摄像机，即所述摄像机14和所述摄像机15在所述网格12左右两侧对称放置。左右摄像机14、15在一定范围内拍摄携带网格信息的物料堆18，并传送给计算机16。
[0026]所述计算机16可以是IBM架构的计算机(IBM Personal Computer, IBM PC)、Apple公司的Mac PC、个人计算机、网络服务器，还可以是任意其它适用的计算机。所述计算机16内安装有物料堆三维重建系统，该系统用于对上述摄像机14、15传入的携带网格信息的物料堆18的图像进行处理，通过相应的图像处理方法提取网格信息，从而计算得到物料堆实际的物体表面信息。
[0027]所述物料堆18可以为各种物料如，土、沙、石头、木头的堆积。
[0028]参阅图2所示，是图1中安装在计算机16内的物料堆三维重建系统的功能模块图。该系统包括标定模块、采集模块、预处理模块、提取模块、匹配模块及三维重建模块。
[0029]所述标定模块用于通过对摄像机14、摄像机15的标定来获取摄像机14、摄像机15的相关参数。具体而言，所述标定模块采用直接线性变换标定方法分别得到两个摄像机14、15的内外参数，而后通过摄像机14、摄像机15的外部参数来建立两个摄像