一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統及方法
【專利摘要】本發明為一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統及方法，包括：飛行器、數碼相機和處理器，飛行器上設有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數碼相機，控制器控制飛行器和接收數碼相機所拍攝數據，控制器將數碼相機拍攝的數據輸入處理器，處理器計算被拍攝堆料的體積。本系統測量精確、操作簡捷、成本低廉，具有普民、創新等優勢，無需專人操作，現場人員根據使用說明，經幾次現場實操就能使用，測量系統安全環保，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，無需借助大型設備當載體來測量，價格低廉，易普及推廣。
【專利說明】一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及大型物料堆體的體積測量，尤其是一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統及測量方法。
【背景技術】
[0002]伴隨生產力水平和自動控制要求不斷提高，工業生產逐漸進入微利時代，生產中對耗材的控制(即物質料堆進行體積、質量評估)就成為了企業經營的關鍵環節，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則、堆積面積大，要準確測量其體積的難度就顯而易見了。在此背景下，企業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，最為傳統的是人工檢尺測量法，實踐中發現此方法不僅費時、費力(需要將料堆人為平整成規則體)，而且主觀性強，難以客觀準確的反映材料的存儲情況以達到控制生產成本的目的。隨著技術發展，現今廣泛應用的是激光測量技術。該方法比較科學、準確，客觀上有所進步，但仍受到測量操作繁瑣、價格昂貴、精度達不到工業要求等諸多缺陷，因此難以普及。
【發明內容】
[0003]本發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。
[0004]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，包括:飛行器、數碼相機和處理器，其中，所述飛行器上設有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數碼相機，該系統還包括控制飛行器和接收數碼相機所拍攝數據的控制器，控制器將數碼相機拍攝的數據輸入處理器，所述處理器通過計算擬合出被拍攝堆料的體積。
[0005]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其中所述飛行器為民用飛行器。
[0006]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其中所述飛行器為AR.Drone2.0型民用飛行器。
[0007]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其中所述飛行器還包括加速度計和陀螺儀。
[0008]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其中數碼相機拍攝的數據是包含三維坐標的圖像數據。
[0009]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其中處理器包括數碼相機定標模塊，圖像數據輸入接口，圖像匹配模塊，圖像外參矩陣計算模塊，三維數據計算模塊，三維圖像擬合模塊以及體積計算模塊。[0010]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量方法，包括如下步驟:
1)標定數碼相機內部參數據矩陣；
2)控制數碼相機置于飛行器上拍攝被測堆料照片；
3)按預設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據的外參矩陣；
5)利用三角測量法得到三維數據，保存所述三維數據；
6)生成煤堆三維模型；
7)坐標引擎根據已知的模型多點相對坐標，計算出三維模型體積標量；
8)通過計算體積數學公式，計算煤堆三維模型體積，顯示煤堆體積，保存數據。
[0011]本發明一種基于數碼照片三維重構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，并保存精確匹配數據的步驟。
[0012]本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量方法，其中在上述步驟6)后還包括利用預設標尺數據對三維模型尺寸比例進行微調，生成精準尺寸的煤堆三維模型的步驟。
[0013]本發明的有益效果是:測量精確、操作簡捷、成本低廉，具有普民、創新等優勢，無需專人操作，現場人員根據使用說明，經幾次現場實操就能使用，測量系統安全環保，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，無需借助大型設備當載體來測量，價格低廉，易普及推廣。其作為高新技術生產力必將替代傳統測量系統并逐步發展趨向多元化、多功能化，從而更好地為指導生產經營、促進工業精細化生產提供可靠地第一手生產資料，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是本發明基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統盤煤實施例飛行器的不意圖；
[0015]圖2是本發明基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統盤煤實施例煤堆的不意圖；
[0016]圖3是本發明基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統盤煤實施例控制器的不意圖；
[0017]圖4是本發明基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統盤煤實施例處理器的示意圖。
[0018]圖5是本發明基于數碼照片三維重構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本發明基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統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，包括飛行器1、數碼相機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上設有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數碼相機2，該系統還包括控制飛行器I和接收數碼相機2所拍攝數據的控制器4，控制器4控制飛行器I按預設路線飛行，數碼相機2內參數固定不變，到達預設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。控制器4將數碼相機2拍攝的數據輸入處理器5，煤堆三維模型重構是將多張煤堆照片導入處理器5，處理器5經過圖片匹配處理模塊、三維重構處理模塊處理，顯示料堆三維模型。根據料堆三維模型、預設參考標尺進行微調后，計算出料堆的準確體積。
[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。數碼相機2拍攝的數據是包含三維坐標的圖像數據。其中處理器包括用于將數碼相機初步參數標定的數碼相機定標模塊，將上述數碼相機拍攝的圖像數據輸入處理器的圖像數據輸入接口，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據的三維數據計算模塊，根據得到的三維數據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，并顯示保存該結果。
[0021 ] 本發明的工作過程是:控制器4遙控飛行器I，飛到預設拍攝位置，應用數碼相機2拍攝照片，傳回現場拍攝的照片到控制器4內，飛行器I飛行結束后，將所拍攝的多張照片通過無線或者有線傳輸，發送至處理器5，本實施例中處理器5是便攜式計算機，所述數據導入三維重構處理模塊，生成料堆三維模型；在處理器5中預設了煤堆3的參考標尺參數，可精準獲取該標尺的高度、X軸、Y軸數據，所以根據此標尺在三維模型中占的像素點間距坐標，可對整個料堆三維模型尺寸比例進行修正、微調，得出精準尺寸三維模型；有了精準三維料堆模型，坐標引擎根據已知的模型多點相對坐標，計算出體積標量，通過計算體積數學公式，計算出料堆體積，顯示準確煤堆體積，實現盤煤功能。本發明的技術方案用低成本的盤煤設備，實現大于3%高精度的大型煤堆體積測量功能。
[0022]本堆料測量系統利用民用無人遙感飛行器采集高清準確的圖像數據及三維坐標，通過計算擬合呈現三維圖像并能藉此出具原料的實際剩余量和一定時間內的耗材量，為工業生產提供準確的經營管理數據。提高企業的管理水平和經濟效益。本系統利用航拍器的雷達高度計、電子羅盤。GPS實現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的復雜程度，提高了系統的便攜性。用自動化控制取代了人工操作，在提高續航能力的基礎上實現預設自動化，以控制航拍并賦予飛行器誤軌自檢功能，提高導軌精度。同時，系統可以改用微波調頻雷達，進一步提高測量精度。
[0023]如圖5所示是本發明基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量方法盤煤實施例的流程圖。本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量方法，包括如下步驟:
1)標定數碼相機內部參數據矩陣；
2)將數碼相機置于飛行器上拍攝被測堆料照片；
3)按預設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據的外參矩陣；
5)利用三角測量法求三維數據，保存三維數據；
6)生成煤堆三維模型；
7)坐標引擎根據已知的模型多點相對坐標，計算出三維模型體積標量；
8)通過計算體積數學公式，計算煤堆三維模型體積，顯示煤堆體積，保存數據。
[0024]本實施例中數碼相機拍攝的照片是固定型號定焦單反相機拍攝的照片，相機內部參數基本固定不變，并且使用同一相機拍攝的照片，只需標定一次內參，以后不必重復此步驟。說明一下內參矩陣和外參矩陣
[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，并保存精確匹配數據的步驟，精確匹配后還可以進行手動修正。在上述步驟6)后還包括利用預設標尺數據對三維模型尺寸比例進行微調，生成精準尺寸的煤堆三維模型的步驟。
[0026]上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，并非限制本發明，本發明的堆料測量系統還可以用于廣泛的大型物料堆的測量上；因此，習于此技術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。本煩惱已具備產業上利用性、新穎性及進步性，并符合發明專利要件，爰依法提起申請。
【權利要求】
1.一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，包括:飛行器、數碼相機和處理器，其特征在于所述飛行器上設有GPS定位裝置、雷達高度計、電子羅盤和數碼相機，該系統還包括控制飛行器和接收數碼相機所拍攝數據的控制器，控制器將數碼相機拍攝的數據輸入處理器，所述處理器通過計算擬合出被拍攝堆料的體積。
2.根據權利要求1所述的基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其特征在于所述飛行器為民用飛行器。
3.根據權利要求3所述的基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其特征在于所述飛行器為AR.Drone2.0型民用飛行器。
4.根據權利要求1或2所述的基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其特征在于所述飛行器還包括加速度計和陀螺儀。
5.根據權利要求1或2所述的基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其特征在于數碼相機拍攝的數據是包含三維坐標的圖像數據。
6.根據權利要求1所述的基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其特征在于本發明一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量系統，其中處理器包括數碼相機定標模塊，圖像數據輸入接口，圖像匹配模塊，圖像外參矩陣計算模塊，三維數據計算模塊，三維圖像擬合模塊以及體積計算模塊。
7.一種基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量方法，包括如下步驟: 1)標定數碼相機內部參數據矩陣； 2)將數碼相機置于飛行器上拍攝被測堆料照片； 3)按預設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據的外參矩陣； 5)利用三角測量法得到三維數據，保存三維數據； 6)生成煤堆三維模型； 7)坐標引擎根據已知的模型多點相對坐標，計算出三維模型體積標量； 8)通過計算體積數學公式，計算煤堆三維模型體積，顯示煤堆體積，保存數據。
8.根據權利要求7所述的基于數碼照片三維重構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，并保存精確匹配數據的步驟。
9.根據權利要求7和8所述的基于數碼照片三維重構料堆模型的堆料測量方法，其特征在于在上述步驟6)后還包括利用預設標尺數據對三維模型尺寸比例進行微調，生成精準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 優先權日:2014年5月30日
【發明者】朱云佳, 劉善松, 李陳深, 呂沃榮, 陳良才 申請人:朱云佳, 廣州易茂科技發展有限公司