[發明專利]一種三維物體體積的確定方法

在審

• 申請號: 201810970475.1
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109272542A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 胡躍明;姚靈芝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/50
• 分類號: G06T7/50;G06T7/62;G06T7/12;G06T7/181;G06T7/187
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發明公開了一種三維物體體積的計算方法，包括S1由二維圖像恢復目標曲物體表面的三維空間坐標；S2分割目標物體成平面片；S3計算平面片的面積；S4對平面片進行積分，得到目標物體體積，本發明對于三維目標物體體積的計算魯棒性強，適用于已知目標物體表面的離散點坐標、目標物體不規則等情況。

技術領域

本發明涉及三維物體幾何特征測量技術領域，具體涉及一種三維物體體積的確定方法。

背景技術

在工業制造領域，常常需要測量工件的體積，但是由于形狀不規則，直接測量比較困難。近些年來，隨著圖像處理技術及計算機視覺技術的快速發展，由于其成本低，實現方式簡單，在工業領域得到越來越廣泛的應用。用計算機視覺技術測量的過程是由二維圖像恢復三維目標物體的三維信息，重建目標物體在真實世界中的形狀和大小，再通過數學計算方法，獲取目標物體的體積。

當前，對于規則的物體的體積測量方式一般采用直接測量，用直尺測量物體的長寬高，直接計算物體體積。對于不規則物體的物體，采用物理測量的方法，根據物體的物理特性，如排水法或者排油法等。近些年來，出現三坐標測量機測量物體的三維信息。其基本原理是利用測量頭接觸目標物體表面，從而得到該位置的坐標。以上的方法存在一個共同的問題，需要接觸被測量物體，造成對目標物體的損傷。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種三維物體體積的確定方法。

本發明在計算三維目標體積的過程中，根據圖像采集信息直接計算物體體積。首先對目標物體表面上的點進行像素級采樣,世界坐標系中的一個點由二維圖像上的點恢復得到，然后將目標物體看成是一個一個地平面組成，對于所分割出來的不規則的平面，采用微分幾何理論進行面積的估算，對所有的平面進行積分，得到目標物體的體積。

本發明采用如下技術方案：

一種三維物體體積的確定方法，包括如下步驟：

S1拍攝場景中的目標物體，得到目標物體的二維圖像，由二維圖像獲取目標物體的深度信息，得到目標物體表面上n個離散點在世界坐標系中的三維坐標

S2沿著世界坐標系中的Z軸，按照目標物體表面上n個點在Z軸坐標的大小，將目標物體進行分割，得到多個平面片；

S3計算每個平面片的面積；

S4多個平面片的面積與其對應的分割高度乘積之和為目標物體的體積。

所述S2中，若目標物體表面n個離散點在Z軸坐標值的范圍是e-f,則將目標物體切割成|e-f|個平面片，每個平面片的高度相同。

所述S3中，計算每個平面片的面積S_k是由最小包圍矩形減去矩形內不規則部分的面積S_a，k是第k個平面片。

計算矩形內不規則部分的面積，具體為：

先利用鄰域點估計其平面片邊界點的曲率，對于連續的邊界點且其曲率在設定的范圍內，則將這些連續的邊界點看成一段圓弧，這段圓弧的半徑是這些連續的邊界點的曲率平均值的倒數，則矩形內不規則部分的面積S_a是對應的矩形頂點到這條圓弧的兩條直線以及這段圓弧所包圍的面積；

若曲率連續為0，則表明平面片上這一段邊界為直線，計算三角形面積。

所述S1中，采用攝像機拍攝場景中的目標物體，設攝像機的分辨率為L*W，其視野范圍面積為R，則世界坐標系中每一個采樣像素點代表的面積是R/L*w)。

每個平面片的高度均為1。

本發明的有益效果：

(1)本發明適用于已知物體表面離散點坐標的情況，避免對物體表面進行擬合，提高計算效率。