[发明专利]基于单目结构光的地磅上车辆位置检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于单目结构光的地磅上车辆位置检测系统，其特征在于，包括：两个视觉传感装置、一控制机、分别与所述控制机连接的相机同步拍照控制器、输出显示设备和交换机组，所述交换机组与远程服务器连接，所述的两个视觉传感装置中，其中一个设置在地磅的前边界线旁侧，另一个设置在地磅的后边界线旁侧；

所述的两个视觉传感装置结构相同，均包括支架、相机、线结构光投射器，所述相机安装在支架上部，所述线结构光投射器安装在支架下部，所述相机与所述线结构光投射器通过直流电源模块供电；设置在地磅前边界线附近的线结构光投射器的投射区域覆盖地磅前边界线以及地磅前边界线附近的区域，所述线结构光投射器投射的光平面在地磅前边界线附近的区域内低于待检测车辆底盘所在的平面、高于地磅称重平面，用于对在所述投射区域内的车辆的车轮投射条形光斑；设置在地磅后边界线附近的线结构光投射器的投射区域覆盖地磅后边界线以及地磅后边界线附近的区域，所述线结构光投射器投射的光平面在地磅后边界线附近的区域内低于待检测车辆底盘所在的平面、高于地磅称重平面，用于对在所述投射区域内车辆的车轮投射条形光斑；所述相机的视场覆盖各自对应的线结构光投射器的投射区域；

所述的两个视觉传感装置中的相机均与所述相机同步拍照控制器通过信号线连接、均与所述控制机通过网线连接，所述控制机包含相机控制模块、标定模块、畸变校正模块、图像处理模块和车辆位置检测模块，所述相机控制模块用于控制相机同步拍照控制器进而控制相机对所述线结构光投射器的投射区域进行目标图像采集，并将图像通过交换机组传送到远程服务器上保存管理，所述标定模块用于利用采集的靶标图像进行相机的标定、线结构光投射器投射的光平面的标定和地磅前后边界线位置的测量，所述畸变校正模块用于对采集后的目标图像进行畸变校正，所述图像处理模块用于对畸变校正后的目标图像进行处理以实现目标图像中条形光斑像素点的提取，所述车辆位置检测模块用于根据所述标定模块得到的信息计算所述条形光斑像素点对应的光斑的实际空间坐标和其垂直投影到地磅称重平面的投影坐标，并对所述投影坐标与标定后的地磅边界线位置进行比较，得出待检测车辆是否越界的结果，同时将检测结果通过交换机组传送到远程服务器上保存管理，检测结果输出至所述输出显示设备上。

2.采用权利要求1所述的基于单目结构光的地磅上车辆位置检测系统进行地磅上车辆位置检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对视觉传感装置中的相机、线结构光投射器投射的光平面，以及地磅的前后边界线位置进行标定：

步骤101、采用基于平面标定靶标方法对相机进行标定：利用平面棋盘格靶标，在所述投射区域选取一垂直于地磅称重平面的位置设置所述平面棋盘格靶标，在该位置棋盘格靶标平面上建立平面世界坐标系O_W-x_Wy_W，其中O_W表示平面世界坐标系的坐标原点，x_W表示平面世界坐标系的X向坐标轴，y_W表示平面世界坐标系的Y向坐标轴，并使X向坐标轴x_W位于靶标平面与地磅称重平面的交线上，进一步根据右手法则建立三维世界坐标系O_W-x_Wy_Wz_W，其中z_W表示三维世界坐标系的Z向坐标轴，在所述三维世界坐标系O_W-x_Wy_Wz_W下，靶标平面为x_Wy_W平面，地磅称重平面为x_Wz_W平面；控制相机拍摄该位置靶标图像，再移动靶标到其他位置和方向并拍摄靶标图像两次以上，标定出相机的内、外参数及镜头畸变参数；根据上述标定的结果计算出相机光心在三维世界坐标系O_W-x_Wy_Wz_W中的坐标，得出对相机采集的图像进行畸变校正的公式；对x_Wy_W平面的靶标图像进行畸变校正，在校正后图像上提取诸棋盘格特征点图像坐标，由这些特征点的图像坐标及对应的三维世界坐标系O_W-x_Wy_Wz_W中O_W-x_Wy_W平面坐标通过最小二乘法计算得出由校正后图像坐标计算其在x_Wy_W平面上透视投影点世界坐标的公式；

步骤102、打开所述视觉传感装置中的线结构光投射器，在线结构光投射器投射的光平面上建立结构光坐标系，采用双平行平面方法标定出所述光平面与x_Wy_W平面间以相机光心为中心的射影变换关系；

步骤103、计算所述结构光坐标系与所述三维世界坐标系O_W-x_Wy_Wz_W的变换关系；

步骤104、对地磅的前后边界线位置进行测量：根据步骤101中三维世界坐标系的定义，测量地磅前后两条边界线在地磅称重平面x_Wz_W中的位置，得到它们的世界坐标直线方程；

步骤2、对车辆位置进行检测：

步骤201、控制机的相机控制模块控制相机对各自对应的线结构光投射器的投射区域进行目标图像采集；采集后的目标图像传输给所述畸变校正模块，其根据步骤101中得出的相机参数对采集后的目标图像进行畸变校正；

步骤202、对畸变校正后的目标图像中光斑点坐标的提取：所述图像处理模块对畸变校正后的目标图像进行处理，获得目标图像中所有光斑点的图像坐标；

步骤203、计算光斑点在地磅称重平面的垂直投影点世界坐标：车辆位置检测模块针对每个光斑点的图像坐标，利用步骤101中得出的由校正后图像坐标计算世界坐标系中x_Wy_W平面上透视投影点世界坐标的公式，计算其在x_Wy_W平面上的透视投影点的世界坐标；根据步骤102中得出的光平面与x_Wy_W平面间以相机光心为中心的射影变换关系，进一步得出该光斑点在光平面的坐标；根据步骤103中得出的结构光坐标系与三维世界坐标系的变换关系，进一步得出其在三维世界坐标系的三维世界坐标；最后得出其在地磅称重平面的垂直投影点坐标；

步骤204、车轮越界判定及结果输出：控制机的车辆位置检测模块分别对可得到的前后车轮每个光斑点在地磅称重平面的垂直投影点世界坐标与步骤104中得到的地磅前边界线世界坐标直线方程、地磅后边界线世界坐标直线方程进行比较，若存在光斑投影点在对应直线的外侧则判定待检测车辆越界，当所有光斑投影点均在两条直线内侧则判定待检测车辆不越界，检测结果显示在与控制机连接的输出显示设备上，同时通过交换机组传送到远程服务器上保存管理。