一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)及方法，包括：飛行器、數(shù)碼相機和處理器，飛行器上設(shè)有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數(shù)碼相機，控制器控制飛行器和接收數(shù)碼相機所拍攝數(shù)據(jù)，控制器將數(shù)碼相機拍攝的數(shù)據(jù)輸入處理器，處理器計算被拍攝堆料的體積。本系統(tǒng)測量精確、操作簡捷、成本低廉，具有普民、創(chuàng)新等優(yōu)勢，無需專人操作，現(xiàn)場人員根據(jù)使用說明，經(jīng)幾次現(xiàn)場實操就能使用，測量系統(tǒng)安全環(huán)保，無噪音、輻射污染，可到達操作員日常無法到達的位置進行測量，無需借助大型設(shè)備當(dāng)載體來測量，價格低廉，易普及推廣。
【專利說明】一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型物料堆體的體積測量，尤其是一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨生產(chǎn)力水平和自動控制要求不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)逐漸進入微利時代，生產(chǎn)中對耗材的控制(即物質(zhì)料堆進行體積、質(zhì)量評估)就成為了企業(yè)經(jīng)營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而原材料存量巨大、種類繁多都是不可避免的客觀因素，例如基建時產(chǎn)生的土方、鋼鐵廠的原料堆、煤炭煤礦的原煤儲運堆、礦山采礦的礦堆、港口碼頭等。這些料堆的堆料和取料大部分是由斗輪堆取料機、飛機式堆取料機、龍門式堆取料機等來完成。由于散體物料堆積表面不規(guī)則、堆積面積大，要準(zhǔn)確測量其體積的難度就顯而易見了。在此背景下，企業(yè)對于料堆體積精確測量的迫切需求就促成了許多大同小異的盤點方式。其中，最為傳統(tǒng)的是人工檢尺測量法，實踐中發(fā)現(xiàn)此方法不僅費時、費力(需要將料堆人為平整成規(guī)則體)，而且主觀性強，難以客觀準(zhǔn)確的反映材料的存儲情況以達到控制生產(chǎn)成本的目的。隨著技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)今廣泛應(yīng)用的是激光測量技術(shù)。該方法比較科學(xué)、準(zhǔn)確，客觀上有所進步，但仍受到測量操作繁瑣、價格昂貴、精度達不到工業(yè)要求等諸多缺陷，因此難以普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題，提出一種測量精確、操作簡捷、成本低廉的堆料測量系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，包括:飛行器、數(shù)碼相機和處理器，其中，所述飛行器上設(shè)有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數(shù)碼相機，該系統(tǒng)還包括控制飛行器和接收數(shù)碼相機所拍攝數(shù)據(jù)的控制器，控制器將數(shù)碼相機拍攝的數(shù)據(jù)輸入處理器，所述處理器通過計算擬合出被拍攝堆料的體積。
[0005]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其中所述飛行器為民用飛行器。
[0006]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其中所述飛行器為AR.Drone2.0型民用飛行器。
[0007]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其中所述飛行器還包括加速度計和陀螺儀。
[0008]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其中數(shù)碼相機拍攝的數(shù)據(jù)是包含三維坐標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)。
[0009]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其中處理器包括數(shù)碼相機定標(biāo)模塊，圖像數(shù)據(jù)輸入接口，圖像匹配模塊，圖像外參矩陣計算模塊，三維數(shù)據(jù)計算模塊，三維圖像擬合模塊以及體積計算模塊。[0010]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，包括如下步驟:
1)標(biāo)定數(shù)碼相機內(nèi)部參數(shù)據(jù)矩陣；
2)控制數(shù)碼相機置于飛行器上拍攝被測堆料照片；
3)按預(yù)設(shè)拍攝順序編號將所拍攝的照片輸入處理器；
4)求解所輸入的圖像數(shù)據(jù)的外參矩陣；
5)利用三角測量法得到三維數(shù)據(jù)，保存所述三維數(shù)據(jù)；
6)生成煤堆三維模型；
7)坐標(biāo)引擎根據(jù)已知的模型多點相對坐標(biāo)，計算出三維模型體積標(biāo)量；
8)通過計算體積數(shù)學(xué)公式，計算煤堆三維模型體積，顯示煤堆體積，保存數(shù)據(jù)。
[0011]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，其中在上述步驟3)后還包括將輸入的多個圖像進行多圖圖像匹配，并保存精確匹配數(shù)據(jù)的步驟。
[0012]本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，其中在上述步驟6)后還包括利用預(yù)設(shè)標(biāo)尺數(shù)據(jù)對三維模型尺寸比例進行微調(diào)，生成精準(zhǔn)尺寸的煤堆三維模型的步驟。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:測量精確、操作簡捷、成本低廉，具有普民、創(chuàng)新等優(yōu)勢，無需專人操作，現(xiàn)場人員根據(jù)使用說明，經(jīng)幾次現(xiàn)場實操就能使用，測量系統(tǒng)安全環(huán)保，無噪音、輻射污染，可到達操作員日常無法到達的位置進行測量，無需借助大型設(shè)備當(dāng)載體來測量，價格低廉，易普及推廣。其作為高新技術(shù)生產(chǎn)力必將替代傳統(tǒng)測量系統(tǒng)并逐步發(fā)展趨向多元化、多功能化，從而更好地為指導(dǎo)生產(chǎn)經(jīng)營、促進工業(yè)精細化生產(chǎn)提供可靠地第一手生產(chǎn)資料，因此其具有良好的市場潛力和不可估量的市場價值。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1是本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)盤煤實施例飛行器的不意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)盤煤實施例煤堆的不意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)盤煤實施例控制器的不意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)盤煤實施例處理器的示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法盤煤實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1-4本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)盤煤實施例的示意圖。圖1-4中所測量的堆料是燃煤堆，所述堆料測量系統(tǒng)，包括飛行器1、數(shù)碼相機2，要測量的堆料是燃煤堆3，控制器4和處理器5。其中，所述飛行器I上設(shè)有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數(shù)碼相機2，該系統(tǒng)還包括控制飛行器I和接收數(shù)碼相機2所拍攝數(shù)據(jù)的控制器4，控制器4控制飛行器I按預(yù)設(shè)路線飛行，數(shù)碼相機2內(nèi)參數(shù)固定不變，到達預(yù)設(shè)拍攝位置后懸停拍攝，再飛向下一位置，圖片直接保存在控制器4上存取?？刂破?將數(shù)碼相機2拍攝的數(shù)據(jù)輸入處理器5，煤堆三維模型重構(gòu)是將多張煤堆照片導(dǎo)入處理器5，處理器5經(jīng)過圖片匹配處理模塊、三維重構(gòu)處理模塊處理，顯示料堆三維模型。根據(jù)料堆三維模型、預(yù)設(shè)參考標(biāo)尺進行微調(diào)后，計算出料堆的準(zhǔn)確體積。
[0020]本實施例中所述飛行器為AR.Drone2.0型民用飛行器。所述飛行器I中還包括加速度計和陀螺儀。數(shù)碼相機2拍攝的數(shù)據(jù)是包含三維坐標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)。其中處理器包括用于將數(shù)碼相機初步參數(shù)標(biāo)定的數(shù)碼相機定標(biāo)模塊，將上述數(shù)碼相機拍攝的圖像數(shù)據(jù)輸入處理器的圖像數(shù)據(jù)輸入接口，將所輸入的圖像進行圖像匹配的圖像匹配模塊，用于計算圖像我不參數(shù)的圖像外參矩陣計算模塊，用于利用三角測量方法計算三維數(shù)據(jù)的三維數(shù)據(jù)計算模塊，根據(jù)得到的三維數(shù)據(jù)進行煤堆模型擬合的三維圖像擬合模塊以及體積計算模塊，用于根據(jù)擬合出的三維圖像模型計算實際被測物料的體積，并顯示保存該結(jié)果。
[0021 ] 本發(fā)明的工作過程是:控制器4遙控飛行器I，飛到預(yù)設(shè)拍攝位置，應(yīng)用數(shù)碼相機2拍攝照片，傳回現(xiàn)場拍攝的照片到控制器4內(nèi)，飛行器I飛行結(jié)束后，將所拍攝的多張照片通過無線或者有線傳輸，發(fā)送至處理器5，本實施例中處理器5是便攜式計算機，所述數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重構(gòu)處理模塊，生成料堆三維模型；在處理器5中預(yù)設(shè)了煤堆3的參考標(biāo)尺參數(shù)，可精準(zhǔn)獲取該標(biāo)尺的高度、X軸、Y軸數(shù)據(jù)，所以根據(jù)此標(biāo)尺在三維模型中占的像素點間距坐標(biāo)，可對整個料堆三維模型尺寸比例進行修正、微調(diào)，得出精準(zhǔn)尺寸三維模型；有了精準(zhǔn)三維料堆模型，坐標(biāo)引擎根據(jù)已知的模型多點相對坐標(biāo)，計算出體積標(biāo)量，通過計算體積數(shù)學(xué)公式，計算出料堆體積，顯示準(zhǔn)確煤堆體積，實現(xiàn)盤煤功能。本發(fā)明的技術(shù)方案用低成本的盤煤設(shè)備，實現(xiàn)大于3%高精度的大型煤堆體積測量功能。
[0022]本堆料測量系統(tǒng)利用民用無人遙感飛行器采集高清準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù)及三維坐標(biāo)，通過計算擬合呈現(xiàn)三維圖像并能藉此出具原料的實際剩余量和一定時間內(nèi)的耗材量，為工業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的經(jīng)營管理數(shù)據(jù)。提高企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益。本系統(tǒng)利用航拍器的雷達高度計、電子羅盤。GPS實現(xiàn)精密定軌和懸停拍攝，取代了繁瑣的固定起重裝置，大幅降低了投資成本和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的便攜性。用自動化控制取代了人工操作，在提高續(xù)航能力的基礎(chǔ)上實現(xiàn)預(yù)設(shè)自動化，以控制航拍并賦予飛行器誤軌自檢功能，提高導(dǎo)軌精度。同時，系統(tǒng)可以改用微波調(diào)頻雷達，進一步提高測量精度。
[0023]如圖5所示是本發(fā)明基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法盤煤實施例的流程圖。本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，包括如下步驟:
1)標(biāo)定數(shù)碼相機內(nèi)部參數(shù)據(jù)矩陣；
2)將數(shù)碼相機置于飛行器上拍攝被測堆料照片；
3)按預(yù)設(shè)拍攝順序編號將所拍攝的照片輸入處理器；
4)求解所輸入的圖像數(shù)據(jù)的外參矩陣；
5)利用三角測量法求三維數(shù)據(jù)，保存三維數(shù)據(jù)；
6)生成煤堆三維模型；
7)坐標(biāo)引擎根據(jù)已知的模型多點相對坐標(biāo)，計算出三維模型體積標(biāo)量；
8)通過計算體積數(shù)學(xué)公式，計算煤堆三維模型體積，顯示煤堆體積，保存數(shù)據(jù)。
[0024]本實施例中數(shù)碼相機拍攝的照片是固定型號定焦單反相機拍攝的照片，相機內(nèi)部參數(shù)基本固定不變，并且使用同一相機拍攝的照片，只需標(biāo)定一次內(nèi)參，以后不必重復(fù)此步驟。說明一下內(nèi)參矩陣和外參矩陣
[0025]其中在上述步驟3)后還包括將輸入的多個圖像進行多圖圖像匹配，并保存精確匹配數(shù)據(jù)的步驟，精確匹配后還可以進行手動修正。在上述步驟6)后還包括利用預(yù)設(shè)標(biāo)尺數(shù)據(jù)對三維模型尺寸比例進行微調(diào)，生成精準(zhǔn)尺寸的煤堆三維模型的步驟。
[0026]上述實施例僅為說明本發(fā)明之原理及其功效，并非限制本發(fā)明，本發(fā)明的堆料測量系統(tǒng)還可以用于廣泛的大型物料堆的測量上；因此，習(xí)于此技術(shù)之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本煩惱之精神。本煩惱已具備產(chǎn)業(yè)上利用性、新穎性及進步性，并符合發(fā)明專利要件，爰依法提起申請。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，包括:飛行器、數(shù)碼相機和處理器，其特征在于所述飛行器上設(shè)有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數(shù)碼相機，該系統(tǒng)還包括控制飛行器和接收數(shù)碼相機所拍攝數(shù)據(jù)的控制器，控制器將數(shù)碼相機拍攝的數(shù)據(jù)輸入處理器，所述處理器通過計算擬合出被拍攝堆料的體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其特征在于所述飛行器為民用飛行器。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其特征在于所述飛行器為AR.Drone2.0型民用飛行器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其特征在于所述飛行器還包括加速度計和陀螺儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其特征在于數(shù)碼相機拍攝的數(shù)據(jù)是包含三維坐標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其特征在于本發(fā)明一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量系統(tǒng)，其中處理器包括數(shù)碼相機定標(biāo)模塊，圖像數(shù)據(jù)輸入接口，圖像匹配模塊，圖像外參矩陣計算模塊，三維數(shù)據(jù)計算模塊，三維圖像擬合模塊以及體積計算模塊。
7.一種基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，包括如下步驟: 1)標(biāo)定數(shù)碼相機內(nèi)部參數(shù)據(jù)矩陣； 2)將數(shù)碼相機置于飛行器上拍攝被測堆料照片； 3)按預(yù)設(shè)拍攝順序編號將所拍攝的照片輸入處理器； 4)求解所輸入的圖像數(shù)據(jù)的外參矩陣； 5)利用三角測量法得到三維數(shù)據(jù)，保存三維數(shù)據(jù)； 6)生成煤堆三維模型； 7)坐標(biāo)引擎根據(jù)已知的模型多點相對坐標(biāo)，計算出三維模型體積標(biāo)量； 8)通過計算體積數(shù)學(xué)公式，計算煤堆三維模型體積，顯示煤堆體積，保存數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，其特征在于在上述步驟3)后還包括將輸入的多個圖像進行多圖圖像匹配，并保存精確匹配數(shù)據(jù)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8所述的基于數(shù)碼照片三維重構(gòu)料堆模型的堆料測量方法，其特征在于在上述步驟6)后還包括利用預(yù)設(shè)標(biāo)尺數(shù)據(jù)對三維模型尺寸比例進行微調(diào)，生成精準(zhǔn)尺寸的煤堆三維模型的步驟。
【文檔編號】G01B11/00GK104006743SQ201410241966
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】朱云佳, 劉善松, 李陳深, 呂沃榮, 陳良才 申請人:朱云佳, 廣州易茂科技發(fā)展有限公司