[發(fā)明專利]基于DEM三維特征分布的滑動窗口檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010435166.1
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111626996B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于繼明
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T17/00;B66C3/00
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本申請?zhí)峁┗贒EM三維特征分布的滑動窗口檢測算法，具體步驟如下；步驟一業(yè)務(wù)場景與基本定義；步驟二，質(zhì)量特征分布及安全關(guān)系模型；步驟三，滑動窗口算法。本發(fā)明提供基于DEM三維特征分布的滑動窗口檢測算法，根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行DEM三維建模，進(jìn)一步提取三維特征及分布，建立三維特征分布與抓取效果、抓取安全的關(guān)系模型，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證檢測方法的效果，為無人值守系統(tǒng)安全抓取提供安全有效的抓取區(qū)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人行車抓取安全與抓取檢測領(lǐng)域，特別是涉及基于DEM三維特征分布的滑動窗口檢測方法。

背景技術(shù)

干散堆料發(fā)貨出現(xiàn)無人值守的新業(yè)務(wù)模式，但是干散料的分布連續(xù)、極不規(guī)則、動態(tài)變化快，抓取區(qū)域的檢測，涉及業(yè)務(wù)的安全、穩(wěn)定，實(shí)時根據(jù)干散堆料的分布情況，檢測三維圖像與發(fā)貨安全、效果相關(guān)的特征及分布，給出抓取區(qū)域的分布情況，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可用性。三維圖像的檢測、生成及分割等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)、安全預(yù)警等各個方面。如應(yīng)用檢測技術(shù)獲得DEM三維模型，應(yīng)用DEM三維特征檢測與分割路面裂縫區(qū)域，或通過目標(biāo)圖像比對報(bào)警，或用于坡度誤差、地形分析等應(yīng)用。在干散料的抓取工作中，抓取質(zhì)量與抓取安全，是抓取工作的難點(diǎn)，當(dāng)前無人值守的散料發(fā)貨剛處于試用階段，在干散料的三維分布特征與抓取效果、抓取安全方面，還沒見到相關(guān)的研究，是急需解決的難題，在細(xì)顆粒干散料無人值守系統(tǒng)的抓取發(fā)料工作中，干散料的三維分布連續(xù)、極不規(guī)則、動態(tài)變化快，抓斗抓取區(qū)域的選擇，關(guān)系到抓取的安全性與抓取效果，在三維分布極端的情況下，抓取區(qū)域選擇不當(dāng)，易引起抓斗翻轉(zhuǎn)、閉合繩脫槽等事故，或抓取效果較差，達(dá)不到抓取效率要求。基于干散料的分布特性，申請人提出一種基于三維特征分布的滑動窗口檢測算法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上問題，本發(fā)明提供基于DEM三維特征分布的滑動窗口檢測方法，根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行DEM三維建模，進(jìn)一步提取三維特征及分布，建立三維特征分布與抓取效果、抓取安全的關(guān)系模型，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證檢測方法的效果，為無人值守系統(tǒng)安全抓取提供安全有效的抓取區(qū)域，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供基于DEM三維特征分布的滑動窗口檢測方法，具體步驟如下；

步驟一，業(yè)務(wù)場景與基本定義；

在干散料碼頭、倉庫中，散料的堆放為傾倒或抓斗拋放形成，其三維分布既連續(xù)又極不規(guī)則，工業(yè)級干散料無人值守裝運(yùn)業(yè)務(wù)，要求系統(tǒng)安全、高效，干散堆料的變化較快，要保證安全，要根據(jù)現(xiàn)場抓斗抓取姿態(tài)與堆料分布情況，建立三維特征分布與安全關(guān)系模型，在安全的情況下方可抓??；在抓取質(zhì)量方面，對每一次抓取位的堆料分布情況建模；

根據(jù)建模需要，做如下基本定義：

(1)單元窗口：整個堆料區(qū)域劃分為M×N個基本方格，稱為單元窗口，每個單元窗口為邊長為l的正方形，整個區(qū)域可視作一個三維矩陣A_mn，每個單元窗口A_mn的平均高度為H_mn(m∈(1…M)，n∈(1…N))；

(2)抓取窗口：在抓斗抓取物料時，抓斗完全張開時抓取范圍在平面上的投影稱為抓取窗口，假設(shè)堆料區(qū)域A_mn分成個抓取窗口，對于任何抓取窗口其包含P×Q個單元窗口；

(3)抓取子窗口：為表示三維分布特征，將任何一個抓取窗口W_pq劃分為多個子窗口，每個子窗口包含U×V個單元窗口，稱為抓取子窗口W_uv，位于抓取窗口中心位置的虛擬子窗口W_c稱為中心子窗口，實(shí)際應(yīng)用中，子窗口數(shù)量劃分越細(xì)，數(shù)據(jù)表達(dá)越精確；

(4)質(zhì)量分布向心度(AFF_uv)：表示任何一個子窗口W_uv堆料量以及離抓取窗口中心聚集的程度，如果抓取窗口高度越高、物料離中心點(diǎn)越近，其向心度越高；

(5)滑動窗口：為尋找物料分布滿足安全與特征分布較好的抓取位置，按抓取窗口的大小，每隔S行、T列動態(tài)滑動此窗口，記錄滑動過程中所有窗口的p、q值及特征分布數(shù)據(jù)，此窗口稱之為滑動窗口；