CN108759712A - 激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置。其包括外壳和设置在外壳内部或表面的左摄像机角度旋转装置、左摄像机伸缩装置、左摄像机、激光投影镜头、右摄像机、右摄像机旋转装置、DHMI接口、右摄像机伸缩装置、USB接口、电源接口、网络接口和控制装置；本发明效果：具有大视场、非接触、信息丰富以及精度高等优点，并能够显著提高性价比和可靠性；可以提高自助行李托运系统的办理效率、减少旅客的排队时间，改善旅客的出行体验、展示民航的科技水平，具有广泛的社会效益和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于机场检测设备技术领域，特别是涉及一种激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置。
背景技术
在自动行李分拣和自助行李托运系统中，需要自动检测行李的规格，包括外观、尺寸、件数、形状等，以便于区别超规行李、拒绝托运形状不合规行李等。常用的三维重建方法有：立体视觉法、结构光方法、红外线扫描法、分光式光度立体摄像机成像法、激光雷达三维成像法等。
采用一个投影仪和一个摄像机进行被测物体表面三维重建的结构光方法；它在光线较暗的环境下具有较高的重建精度，但是如果光线过强，摄像机就无法准确地识别亮点，这样可能导致三维重建失败；其中，结构光方法中的投影仪需要向被测物体表面投影栅格图案等具有编码的图像，同时需要连续采集数十张不同编码的被测物体表面图像，以便解算出物体距摄像机的距离，因此该方法适用于静态物体的三维重建；
激光雷达三维成像法可以解决由于光线变化和噪声带来的问题，但是基于三角测距法的激光雷达没有摆脱测距范围短的缺陷，大多数产品都在5-6m范围内；并且，因为发射的是单点激光，再加上一般厂商的激光出点数只有4k左右，其重构三维信息的速度会比较慢，达不到实时性的要求。
红外线扫描法的三维重建和分光式光度立体摄像机都采用了红外发射装置，但是红外光对光线具有较差的鲁棒性。
立体视觉法具有大视场、非接触、信息丰富以及高精度等优点，但是基于传统的立体视觉方法对于纯色或者纹理特征不明显的被测物体很难进行可靠的立体匹配和三维重建，为了增加被测物体表面的纹理特征，一般采用激光投影装置(产生的激光穿过所述衍射光学部件后形成一具有编码图案的图像)向物体表面投影编码图案的方法来增加其表面的纹理特征，从而提高立体匹配的可靠性和三维重建的精度。
因此需要一种具有高集成度，对周围环境变化有强鲁棒性的三维探测装置来获得航空行李的规格信息。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置。
为了达到上述目的，本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置包括外壳和设置在外壳内部或表面的左摄像机角度旋转装置、左摄像机伸缩装置、左摄像机、激光投影镜头、右摄像机、右摄像机旋转装置、DHMI接口、右摄像机伸缩装置、USB接口、电源接口、网络接口和控制装置；其中外壳为长方体形结构，顶面和背面中部均设有排风口；左摄像机伸缩装置和右摄像机伸缩装置分别设在外壳的两侧部位；左摄像机角度旋转装置和右摄像机旋转装置以能够左右旋转的方式分别设在左摄像机伸缩装置和右摄像机伸缩装置的前端；左摄像机和右摄像机分别安装在左摄像机角度旋转装置和右摄像机旋转装置的前端中部；激光投影镜头安装在外壳的前端中部；DHMI接口、USB接口、电源接口和网络接口设置在外壳的背面两侧部位；控制装置包括光学辅助模块、嵌入式控制模块和三维重建模块；并且控制装置同时与左摄像机角度旋转装置、左摄像机、激光投影镜头、右摄像机和右摄像机旋转装置电连接。
所述的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置还包括分别安装在外壳上激光投影镜头两侧部位的激光镜头左保护盖和激光镜头右保护盖。
本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置的有益效果：
具有大视场、非接触、信息丰富以及精度高等优点，并能够显著提高性价比和可靠性；其有益效果主要有以下两点：
●经济效益：
首先可以替代行李处理体统中的激光扫描仪和激光雷达传感器，实现行李快速高精度的三维探测，可用于一级安检机前行李探测、行李分拣主回路行李探测、行李分拣槽前探测等；
然后可同时输出行李彩色图像和深度图像，可用于行李跟踪系统中的行李核对和丢失查找。
●社会效益
可以提高自助行李托运系统的办理效率、减少旅客的排队时间，改善旅客的出行体验、展示民航的科技水平，具有广泛的社会效益和应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置立体结构示意图；
图2是本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置后视图；
图3是本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置中控制系统组成图；
图4是本发明中双目横向平行模式结构示意图；
图5是本发明中双目横向会聚模式结构示意图；
图6是本发明中激光编码图案类型图；
图7是本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置进行详细说明。
如图1—图6所示，本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置包括外壳1和设置在外壳1内部或表面的左摄像机角度旋转装置3、左摄像机伸缩装置4、左摄像机5、激光投影镜头7、右摄像机9、右摄像机旋转装置10、DHMI接口11、右摄像机伸缩装置12、USB接口13、电源接口14、网络接口16和控制装置；其中外壳1为长方体形结构，顶面和背面中部均设有排风口2；左摄像机伸缩装置4和右摄像机伸缩装置12分别设在外壳1的两侧部位；左摄像机角度旋转装置3和右摄像机旋转装置10以能够左右旋转的方式分别设在左摄像机伸缩装置4和右摄像机伸缩装置12的前端；左摄像机5和右摄像机9分别安装在左摄像机角度旋转装置3和右摄像机旋转装置10的前端中部；激光投影镜头7安装在外壳1的前端中部；DHMI接口11、USB接口13、电源接口14和网络接口16设置在外壳1的背面两侧部位，其中DHMI接口11用于连接显示屏；USB接口13用于数据传输；电源接口14用于连接电源；网络接口16用于网络通讯；控制装置包括光学辅助模块15、嵌入式控制模块17和三维重建模块18；其中光学辅助模块15用于确定激光编码图案的类型、生成激光编码图案的大小和投影的角度以及位置信息；嵌入式控制模块17用于激光投影控制、左右摄像机的同步采集控制以及摄像机的旋转角度控制；三维重建模块18用于对两台摄像机采集的图像进行预处理、根据立体标定的参数进行立体校正、立体匹配、三维重建和点云的可视化，最终输出行李的包括尺寸和件数在内的规格信息，并且控制装置同时与左摄像机角度旋转装置3、左摄像机5、激光投影镜头7、右摄像机9和右摄像机旋转装置10电连接。
所述的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置还包括分别安装在外壳1上激光投影镜头7两侧部位的激光镜头左保护盖6和激光镜头右保护盖8。
现将本发明提供的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置工作原理阐述如下：如图7所示，本装置开启后，首先由工作人员根据待托运行李的尺寸在与DHMI接口11相连接的显示屏上选择如图4所示的双目横向平行模式还是如图5所示的双目横向会聚模式；其中双目横向平行模式是左摄像机5和右摄像机9的光轴平行，行李需要放置在左摄像机5和右摄像机9视场的重叠区域，这样两台摄像机拍摄的图像就会包含行李；相应地如果行李过大，使用双目横向平行模式就需要使本装置远离行李，以便两台摄像机的视场能够覆盖行李，但是当摄像机与行李的距离增加时，三维重建的精度就会降低；为了更好地解决这个矛盾，可以使用双目横向会聚模式；该模式是在控制器上嵌入式控制模块17的控制下利用左摄像机角度旋转装置3和右摄像机旋转装置10使左摄像机5和右摄像机9围绕各自的旋转中心相向旋转一定角度，这样两台摄像机在近距离的视场重合范围就会进一步扩大，在相同距离的条件下，两台摄像机拍摄的图像可以包含更大的行李，其精度也不会降低。另外，可利用左摄像机伸缩装置4和右摄像机伸缩装置12分别调节左摄像机5和右摄像机9探出外壳1前端的长度；然后根据行李的外观颜色等信息在显示屏上选择如图6所示的激光编码图像的类型,并设定激光编码图案的大小和投影的角度。当旅客在自助行李托运系统显示屏上确认进行行李托运后，控制装置上的光学辅助模块15将提取出上述已确定的激光编码图案的类型，然后通过激光投影镜头7将上述激光编码图案投影到行李的表面，以提高后续立体匹配的可靠性和三维重建的精度；之后嵌入式控制模块17控制左摄像机5和右摄像机9同步采集带有激光编码图像的行李表面的图像，并把图像数据传输给三维重建模块18；三维重建模块18首先对两台摄像机采集的图像数据进行预处理，根据立体标定的参数进行立体校正、立体匹配、三维重建和点云的可视化，最终通过显示器显示出行李的尺寸和件数等规格信息。
Claims (2)
1.一种激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置，其特征在于：所述的航空行李三维探测装置包括外壳(1)和设置在外壳(1)内部或表面的左摄像机角度旋转装置(3)、左摄像机伸缩装置(4)、左摄像机(5)、激光投影镜头(7)、右摄像机(9)、右摄像机旋转装置(10)、DHMI接口(11)、右摄像机伸缩装置(12)、USB接口(13)、电源接口(14)、网络接口(16)和控制装置；其中外壳(1)为长方体形结构，顶面和背面中部均设有排风口(2)；左摄像机伸缩装置(4)和右摄像机伸缩装置(12)分别设在外壳(1)的两侧部位；左摄像机角度旋转装置(3)和右摄像机旋转装置(10)以能够左右旋转的方式分别设在左摄像机伸缩装置(4)和右摄像机伸缩装置(12)的前端；左摄像机(5)和右摄像机(9)分别安装在左摄像机角度旋转装置(3)和右摄像机旋转装置(10)的前端中部；激光投影镜头(7)安装在外壳(1)的前端中部；DHMI接口(11)、USB接口(13)、电源接口(14)和网络接口(16)设置在外壳(1)的背面两侧部位；控制装置包括光学辅助模块(15)、嵌入式控制模块(17)和三维重建模块(18)；并且控制装置同时与左摄像机角度旋转装置(3)、左摄像机(5)、激光投影镜头(7)、右摄像机(9)和右摄像机旋转装置(10)电连接。
2.根据权利要求1所述的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置，其特征在于：所述的激光投影立体视觉的航空行李三维探测装置还包括分别安装在外壳(1)上激光投影镜头(7)两侧部位的激光镜头左保护盖(6)和激光镜头右保护盖(8)。
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