基于立體影像分析的大型散料貨堆體積測量方法及其設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種產品體積的測量，尤其是一種基于立體影像分析的大型散料貨堆體積測量方法及其設備。
【背景技術】
[0002]生產企業在日常生產工作中需涉及大量散裝原材料，如礦粉、塊礦、焦炭等，并需設置固定場地對其進行存放。隨著日常生產中的原材料不斷的存入和取出，原料堆難以得到及時的清理以及清點，故而使得清堆周期達到一年甚至更長，進而使得原材料的重量難以得到準確的記錄。在存入和取出過程中，尤其是礦產冶金行業，其對原料的稱料大量使用了皮帶秤進行計量，而皮帶秤計量誤差較大，難以準確記錄原料的存取情況。上述原因導致了按照存入重量和取出重量統計而來的庫存量和實際庫量存偏差較大，而庫存偏差較大給生產帶來諸多不利影響，例如庫存誤差較大，會錯誤的指導采購品種和采購數量，造成企業資金浪費；或在清堆盤庫的時庫存盈虧較大，盈虧分攤到當月的成本中，對真實成本影響較大，不利于成本分析。
[0003]為了解決上述問題，目前市場中的生產企業多采用激光或遠紅外測距等方法進行料堆體積計算，采用上述方法，其所需的外置設備多且復雜，在成本控制上并無優勢；同時測量過程較為繁瑣，并且測量結果誤差較大，甚至出現明顯的錯誤，故而難以有效的測量散料貨堆的體積。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種大型散料貨堆體積測量方法及其設備，其可精確測量大型散料貨堆的體積，同時在測量過程中具有成本低廉，操作便捷的特點。
[0005]為解決上述技術問題，本發明涉及一種基于立體影像分析的大型散料貨堆體積測量方法，其包括如下步驟:
1)在至少兩個維度上獲取關于大型散料貨堆的多張影像圖片，多張影像圖片之間具有一定的重合度；
2)對步驟I)中所得的多張影像圖片進行處理分析，并通過計算得到散料貨堆的體積。
[0006]所述步驟I)中的影像圖片，其在三個維度上對大型散料貨堆進行獲取；所述多張影像照片之間的重合度至少為70%。照片之間的重合度越高，在相鄰兩個時刻拍攝的照片中重合部分越大，在圖像處理過程中所得到的散料貨堆模型則更為精確。故而在拍攝過程中，確保多種影像圖片之間的重合度至少為70%，可有效增加散料貨堆體積的測量精度。
[0007]所述步驟I)中，在三個維度上獲取關于大型散料貨堆的多張影像圖片的方法為，由裝配有照相設備的無人機沿一定運動軌跡飛行，在多個位置針對大型散料貨堆進行的多次拍攝而獲得多張影像圖片；所述無人機運動過程中，照相設備始終正對散料貨堆的幾何中心。
[0008]作為本發明的一種改進，所述無人機的運動軌跡包括，圓心與散料貨堆的幾何中心在同一豎直線上，且平行于水平面的圓形；所述無人機的運動軌跡所處平面高于散料貨堆的頂點，且其在散料貨堆底部所在平面上的投影覆蓋于散料貨堆在該平面的投影。
[0009]作為本發明的一種改進，所述無人機的運動軌跡中所包括的圓形，其半徑與正比于散料貨堆在其底面所在平面內的投影尺寸；無人機的運動軌跡中所包括的圓形所在平面距離地面高度正比于散料貨堆的高度。采用上述設計的無人機運動軌跡，其可有效涵蓋散料貨堆的范圍，并可根據散料貨堆的尺寸進行調整，從而使其的運動軌跡處于最佳測量位置。
[0010]作為本發明的一種改進，所述無人機的飛行軌跡在散料貨堆底部所在的平面的投影之外，設置有多個紅外線發生器；所述與無人機相鏈接的照相設備外部設置有與紅外線發生器相對應的紅外線接收器；所述控制照相設備在設定位置對散料貨堆進行拍攝的方法為，當無人機通過自紅外線發生器發生的紅外線在無人機運動軌跡上的投射位置時，照相裝置外設置的紅外線接收器檢測到紅外線而自動進行拍攝。
[0011]采用上述設計，照相設備可根據紅外線發生器發射的紅外線位置進行拍照，其可使得照相設備在設定的位置對散料貨堆進行拍攝；同時照相設備拍照的位置、時刻均可在地面便捷的進行控制與調整，避免影像圖片不能充分顯示散料貨堆，并可通過控制照相設備的拍攝次數，避免獲取多余的影像圖片使得后期圖片處理的復雜度增加。
[0012]作為本發明的另一種改進，所述大型散料貨堆一側設置有地標，所述地標由多個固定尺寸的矩形沿固定方向延伸構成。
[0013]作為本發明的另一種改進，所述地標沿大型散料貨堆邊部延伸方向的數量不少于三塊，在垂直于上述方向上延伸的數量不少于兩塊；所述矩形地標的尺寸精確度至多為I厘米；所述矩形地標采用與地面，以及散料貨堆之間均存在高色差的顏色。地標可起到比例尺的作用，由于影像圖片的尺寸與實際尺寸不同，故需對其進行相應轉換。直接將拍攝圖片中尺寸經比例處理，其會因比例精度不高造成散料貨堆的計算體積與實際體積存在偏差；同時，無人機在多個位置進行的拍攝，亦有可能在比例上存在細微差別。采用地標進行標準，由于地標的實際尺寸已知，故其可以精確獲知影像圖像與實際尺寸之間比例；同時，地標個數可直觀顯示散料貨堆尺寸，使得測量更為精確。高色差的地標則可使得地標相較地面以及散料貨堆更易區分。
[0014]所述步驟2)中，通過步驟I)中獲得多張影像圖片進行處理分析包括如下步驟:
2.1)將無人機航拍獲取的多張影像圖片導入三維仿真軟件中；
2,2)在三維仿真軟件內，將拍攝的多張照片中的各個像素點與散料貨堆中的點相匹配，形成關于散料貨堆的深度信息；
2.3)通過拍攝的多張影像圖片信息與步驟2.2)中獲得的深度信息相結合，生成散料貨堆的網格模型；
2.4)在步驟2.3)中生成的網格模型上，添加從影像圖片中獲取的散料貨堆的圖像紋理；
2.5)將地標的實際尺寸添加步驟2.4)中的網格模型中；
2.6)通過步驟2.5)中獲取的模型信息，計算散料貨堆的體積。
[0015]通過上述基于立體影像分析的大型散料貨堆體積測量方法進行測量所需的測量設備，其由裝配有照相設備的無人機構成；所述照相設備包含有機身與鏡頭；所述無人機的飛行負重至少為1800克；所述照相設備的機身與無人機之間采用有可控制云臺進行連接；所述可控制云臺水平旋轉角度為0°?350°，水平旋轉速度為40°?50° /秒；豎直旋轉角度為一 90°?20°，豎直旋轉速度為10°?20° /秒；所述照相設備機身外部設置有紅外線接收器；所述照相設備的像素至少為1400萬，且其具有光學防抖裝置。
[0016]基于立體影像分析的大型散料貨堆體積測量中所采用的無人機包括無人機框架，以及與框架相連接，且沿水平方向延伸的多根旋翼支架。所述框架內部設置有飛行控制器，以及與其電性連接的信號接收器。所述旋翼支架末端設置有馬達，其連接有多片旋翼翼片。所述馬達與飛行控制器之間設置有速度控制器；飛行控制器、馬達與速度控制器三者之間均采用電性連接。
[0017]采用上述技術方案的基于立體影像分析的大型散料貨堆體積測量方法及其設備，其通過立體影像記錄散料貨堆的尺寸數據，并通過分析計算得到散料貨堆的體積，其避免了在測量過程中的諸多不確定因素，并通過確保獲取影像時多張照片之間的高重合度，達到精確測量散料貨堆體積的目的。同時，上述測量方法采用無人機航拍的方式進行測量，其通過無人機航拍并配合圖像分析，從而精確，高效的獲得散料貨堆的體積，并且在日常生產運作中即可完成測量，無需對物料進行處理，以便捷靈活的方式有效提高了企業成本控制能力。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明中無人機航拍設備的結構示意圖；
圖2為本發明中無人機內部結構示意圖；
圖3本發明中地面工作站控制無人機飛行的流程圖；
圖4為本發明中無人機的運動軌跡示意圖；
圖5為本發明中照相設備的照相位置示意圖；