物品三維重建方法、裝置和系統與流程

本發明涉及物流領域，特別是一種物品三維重建方法、裝置和系統。

背景技術：

物流領域中自動化程度普遍偏低，近年新興的一些物流自動化設備服務于物流領域也難以適應復雜的品類區分及高速的作業節拍要求。物流機器人普遍應用在物品平面揀選，而在機器人的三維定位引導作業的方面至今仍然沒有一個成熟可靠的方法。

現有技術中，利用待揀選物品層高和深度的數據庫記錄或者雙目視覺技術可以獲知物品高度，進而實現對有高度的物品進行揀選作業。但現有數據庫對待揀選物品層高和深度的記錄會出現復核難度大等問題，并且在一個覆蓋幾十萬種品類的大型倉庫中用數據庫記錄過于龐大和繁雜；另外雙目視覺由于成本昂貴、精度低和匹配庫龐大等問題也影響著應用的廣度。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提高物品三維定位的準確性，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

根據本發明的一個方面，提出一種物品三維重建方法，包括：利用激光測距設備獲取物品的被測點與激光測距設備的距離信息，確定被測點與激光測距設備的垂直距離信息，其中，物品在傳送設備的帶動下與激光測距設備相對運動，被測點為物品被激光投射的點；根據垂直距離信息和傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的位置信息；根據物品的各個被測點的位置信息和垂直距離信息確定物品的三維信息，以便機器人對物品進行揀選作業。

可選地，利用激光測距設備獲取物品的被測點與激光測距設備的距離信息，確定被測點與激光測距設備的垂直距離信息包括：激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光，獲取各個測量角度下激光測距設備與物品的距離信息；根據距離信息和測量角度確定各個被測點與激光測距設備的垂直距離信息。

可選地，激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光包括：激光測距設備一次發出一條射線，以預定角度間隔逐次向物品投射激光。

可選地，根據垂直距離信息和傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的位置信息包括：根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置；根據垂直距離信息和預定角度間隔確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置。

可選地，根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置包括：根據與傳送設備連接的碼盤輸出的脈沖個數確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。

可選地，根據高度信息和預定角度間隔確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置包括：根據公式：

確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置，其中，β為預定角度間隔，n為自然數，i和n為被測點標識，H_i為被測點i的垂直距離信息，被測點i的測量角度為α_i，測量角度為激光投射方向與豎直方向的夾角，α_i+1-α_i＝β，且α₀＝0。

可選地，根據物品的各個被測點的位置信息和垂直距離信息確定物品的三維信息包括：根據垂直距離信息和激光測距設備與傳送設備間的距離信息確定每個被測點的高度信息；根據各個被測點的位置信息和高度信息確定物品的三維信息。

通過這樣的方法，能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

根據本發明的另一個方面，提出一種物品三維重建裝置，包括：垂直距離確定模塊，用于獲取物品的被測點與激光測距設備的距離信息，確定被測點與激光測距設備的垂直距離信息，其中，物品在傳送設備的帶動下與激光測距設備相對運動，被測點為物品被激光投射的點；被測點位置確定模塊，用于根據垂直距離信息和傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的位置信息；三維信息確定模塊，用于根據物品的各個被測點的位置信息和垂直距離信息確定物品的三維信息，以便機器人對物品進行揀選作業。

可選地，垂直距離確定模塊包括：距離信息獲取單元，用于當激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光時，獲取各個測量角度下激光測距設備與物品的距離信息；垂直距離獲取單元，用于根據距離信息和測量角度確定各個被測點與激光測距設備的垂直距離信息。

可選地，被測點位置確定模塊包括：第一方向位置確定單元，用于根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置；第二方向位置確定單元，用于根據垂直距離信息和預定角度間隔確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置。

可選地，第一方向位置確定單元具體用于根據與傳送設備連接的碼盤輸出的脈沖個數確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。

可選地，第二方向位置確定單元具體用于根據公式：

確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置，其中，β為預定角度間隔，n為自然數，i和n為被測點標識，H_i為被測點i的垂直距離信息，被測點i的測量角度為α_i，測量角度為激光投射方向與豎直方向的夾角，α_i+1-α_i＝β，且α₀＝0。

可選地，三維信息確定模塊包括：高度信息確定單元，用于根據垂直距離信息和激光測距設備與傳送設備間的距離信息確定每個被測點的高度信息；三維信息確定單元，用于根據各個被測點的位置信息和高度信息確定物品的三維信息。

這樣的裝置能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

根據本發明的又一個方面，提出一種物品三維重建系統，包括碼盤、激光測距設備和上文中提到的任意一項物品三維重建裝置。

可選地，激光測距設備用于以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光，探測與物品的各個被測點間的距離。

可選地，激光測距設備具體用于一次發出一條射線，以預定角度間隔逐次向物品投射激光，探測與物品的各個被測點間的距離。

這樣的系統能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

根據本發明的再一個方面，提出一種物品三維定位裝置，包括：存儲器；以及耦接至存儲器的處理器，處理器被配置為基于存儲在存儲器的指令執行上文中提到的任意一項的方法。

這樣的裝置能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

另外，根據本發明的一個方面，提出一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序指令，該指令被處理器執行時實現上文中提到的任意一項的方法的步驟。

利用這樣的計算機可讀存儲介質能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明的物品三維重建方法的一個實施例的流程圖。

圖2為本發明的物品三維重建方法的另一個實施例的流程圖。

圖3為本發明的物品三維重建裝置的一個實施例的示意圖。

圖4為本發明的物品三維重建裝置中垂直距離確定模塊一個實施例的示意圖。

圖5為本發明的三維重建裝置中被測點位置確定模塊的一個實施例的示意圖。

圖6為本發明的三維重建裝置中三維信息確定模塊的一個實施例的示意圖。

圖7為本發明的三維重建系統的一個實施例的示意圖。

圖8為本發明的三維重建系統中激光測距設備的通訊程序架構示意圖。

圖9為本發明物品三維重建裝置的另一個實施例的結構示意圖。

圖10為本發明物品三維重建裝置的又一個實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

本發明的物品三維重建方法的一個實施例的流程圖如圖1所示。

在步驟101中，當物品在傳送設備的帶動下與激光測距設備相對運動時，激光測距設備向被測物體投射激光。利用激光測距設備獲取物品的被測點與激光測距設備的距離信息，被測點為物品被激光投射的點。獲取距離信息的垂直分量，得到被測點與激光測距設備的垂直距離信息。

在步驟102中，根據垂直距離信息和傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的位置信息。物體的位置信息包括沿傳送設備運動方向、垂直于傳送設備運動方向兩個維度，在一個實施例中，可以根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置，根據垂直距離信息確定被測點在物品上的垂直于設備運動方向的位置。

在步驟103中，根據物品的各個被測點的位置信息和垂直距離信息確定物品的三維信息。物品的三維信息主要包括物品上表面多點的高度信息。

通過這樣的方法，能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。由于激光探測受物體表面材質的影響較小，因此與工業相機探測的方式相比，探測結果更加準確。

在一個實施例中，激光測距設備位于傳送裝置上方，物品從激光測距設備與傳送裝置中間經過。激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光，獲取各個測量角度下激光測距設備與物品的距離信息；根據測量角度，基于公式：

H＝L*tanα

能夠得到距離信息的垂直分量，從而確定各個被測點與激光測距設備的垂直距離信息，其中，H為垂直距離信息，L為距離信息，α為測量角度，測量角度為激光投射方向與豎直方向的夾角。

通過這樣的方法，能夠以激光測距設備集中探測的方式得到物品的高度信息，設備易于安裝部署，且成本較低，有利于推廣應用；另一方面，當物品位于箱體中，且箱體上部有遮擋時，激光能穿過箱體缺口投射在物品表面，從而擴大了應用范圍。

在一個實施例中，激光測距設備一次發出一條射線，以預定角度間隔逐次向物品投射激光。通過這樣的方法能夠進一步降低成本，且避免相鄰激光距離較近造成干擾，另外，還能夠便于工作人員根據物品的種類、尺寸在保證一定準確度的同時調節預定角度，提高探測速度，擴大應用范圍。

在一個實施例中，可以根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置，若傳送設備與碼盤連接，則可以根據從物品被探測開始碼盤輸出的脈沖個數確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。由于碼盤的精度較高，這樣的方法能夠具有較高的精度。在一個實施例中，可以設定預定脈沖個數間隔下傳送設備運動的距離作為該方向上的步長，在沿傳送設備運動的方向上，相鄰被測點之間的距離與步長相等。通過這樣的方法，能夠調節探測精度，在保證效果的同時減少設備的運算量，提高物品三維重建的效率。

在一個實施例中，可以根據垂直距離信息和預定角度間隔確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置。如根據公式：

確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置，其中，β為預定角度間隔，i和n為被測點標識，H_i為被測點i的垂直距離信息，被測點i的測量角度為α_i，測量角度為激光投射方向與豎直方向的夾角，α_i+1-α_i＝β，且α₀＝0。

通過這樣的方法，能夠根據預定角度間隔和垂直距離信息確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置，從而得到物品高度信息位于的準確位置，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

在一個實施例中，由于物流機器人的高度可能與激光測距設備不同，且現有技術中物流機器人從數據庫中獲取的是物品的絕對高度信息，因此，需要將垂直距離信息轉化為物品的高度信息，如根據垂直距離信息和激光測距設備與傳送設備間的距離信息確定每個被測點的高度信息，進而根據各個被測點的位置信息和高度信息確定物品的三維信息。

通過這樣的方法，能夠向物流機器人提供物品各個位置的高度信息，物流機器人能夠基于該信息對具有高度作業要求的物品進行揀選作業，對物流機器人的位置、高度沒有嚴格要求，且能較好的與現有的物流機器人兼容。

本發明的物品三維重建方法的另一個實施例的流程圖如圖2所示。

在步驟201中，當物品在傳送設備的帶動下與激光測距設備相對運動時，激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光，獲取各個測量角度下激光測距設備與物品的距離信息。

在步驟202中，根據測量角度得到距離信息的垂直分量，從而確定各個被測點與激光測距設備的垂直距離信息，其中，H為垂直距離信息，L為距離信息，α為測量角度。

在步驟203中，根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。如在傳送設備與碼盤連接的情況下，可以根據從物品被探測開始碼盤輸出的脈沖個數確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。

在步驟204中，根據垂直距離信息和預定角度間隔確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置。

在步驟205中，根據垂直距離信息和激光測距設備與傳送設備間的距離信息確定每個被測點的高度信息。

在步驟206中，根據各個被測點的位置信息和高度信息確定物品的三維信息。

通過這樣的方法，能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，能夠向物流機器人提供完整的物品各個位置的高度信息，以便于物流機器人基于該信息對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

本發明的物品三維重建裝置的一個實施例的示意圖如圖3所示。其中，垂直距離確定模塊301能夠當物品在傳送設備的帶動下與激光測距設備相對運動，激光測距設備向被測物體投射激光時，利用激光測距設備獲取物品的被測點與激光測距設備的距離信息，被測點為物品被激光投射的點。獲取距離信息的垂直分量，得到被測點與激光測距設備的垂直距離信息。被測點位置確定模塊302能夠根據垂直距離信息和傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的位置信息。物體的位置信息包括沿傳送設備運動方向、垂直于傳送設備運動方向兩個維度，在一個實施例中，可以根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置，根據垂直距離信息確定被測點在物品上的垂直于設備運動方向的位置。三維信息確定模塊303能夠根據物品的各個被測點的位置信息和垂直距離信息確定物品的三維信息。物品的三維信息主要包括物品上表面多點的高度信息。

這樣的裝置能夠確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

本發明的物品三維重建裝置中垂直距離確定模塊一個實施例的示意圖如圖4所示。其中，距離信息獲取單元401能夠當激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光時，獲取各個測量角度下激光測距設備與物品的距離信息。垂直距離獲取單元402能夠根據測量角度，基于公式：

H＝L*tanα

能夠得到距離信息的垂直分量，從而確定各個被測點與激光測距設備的垂直距離信息，其中，H為垂直距離信息，L為距離信息，α為測量角度，測量角度為激光投射方向與豎直方向的夾角。

這樣的裝置能夠以激光測距設備集中探測的方式得到物品的高度信息，設備易于安裝部署，且成本較低，有利于推廣應用；另一方面，當物品位于箱體中，且箱體上部有遮擋時，激光能穿過箱體缺口投射在物品表面，從而擴大了應用范圍。

本發明的三維重建裝置中被測點位置確定模塊的一個實施例的示意圖如圖5所示。其中，第一方向位置確定單元501能夠根據傳送設備的運動速度確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。如：若傳送設備與碼盤連接，則可以根據從物品開始被探測開始碼盤輸出的脈沖個數確定被測點在物品上的沿傳送設備運動方向的位置。由于碼盤的精度較高，這樣的方法能夠具有較高的精度。在一個實施例中，可以設定預定脈沖個數間隔下傳送設備運動的距離作為該方向上的步長，在沿傳送設備運動的方向上，相鄰被測點之間的距離與步長相等。這樣的裝置能夠調節探測精度，在保證效果的同時減少設備的運算量，提高物品三維重建的效率。第二方向位置確定單元502可以根據垂直距離信息和預定角度間隔確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置。如根據公式：

確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置，其中，β為預定角度間隔，i和n為被測點標識，H_i為被測點i的垂直距離信息，被測點i的測量角度為α_i，測量角度為激光投射方向與豎直方向的夾角，α_i+1-α_i＝β，且α₀＝0。

這樣的裝置能夠根據預定角度間隔和垂直距離信息得到確定被測點在物品上的垂直于傳送設備運動方向的位置，從而得到物品高度信息位于的準確位置，以便實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

在一個實施例中，由于物流機器人的高度可能與激光測距設備不同，且現有技術中物流機器人從數據庫中獲取的是物品的絕對高度信息，因此，需要將垂直距離信息轉化為物品的高度信息。本發明的三維重建裝置中三維信息確定模塊的一個實施例的示意圖如圖6所示。其中，高度信息確定單元601能夠根據垂直距離信息和激光測距設備與傳送設備間的距離信息確定每個被測點的高度信息。三維信息確定單元602能夠根據各個被測點的位置信息和高度信息確定物品的三維信息。

這樣的裝置能夠向物流機器人提供物品各個位置的高度信息，物流機器人能夠基于該信息對具有高度作業要求的物品進行揀選作業，對物流機器人的位置、高度沒有嚴格要求，且能較好的與現有的物流機器人兼容。

本發明的三維重建系統的一個實施例的示意圖如圖7所示。其中，激光測距設備701能夠向傳送設備投射激光，進而獲取傳送設備上物品的被測點與激光測距設備701的距離。碼盤702與傳送設備連接，能夠隨著傳送設備的運動輸出脈沖。物品三維重建裝置703能夠獲取來自激光測距設備701的距離信息和來自碼盤702的輸出脈沖，得到被測點與激光測距設備的垂直距離信息、被測點在物品上的位置信息，從而得到物品的三維信息。其中，激光測距設備701的通訊程序架構可以如圖8所示。

這樣的系統中，激光測距設備和碼盤能夠分別將獲得的信息發送給物品三維重建裝置，以便確定物品上各個被測點的位置，以及被測點與激光測距設備的垂直距離信息，從而得到物品各個位置的高度信息，實現物流機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業，降低了物流機器人在自動揀選工況下對數據庫數據的依賴以及降低了工業成本。

在一個實施例中，激光測距設備位于傳送裝置上方，物品從激光測距設備與傳送裝置中間經過。激光測距設備以預定角度間隔沿垂直于傳送設備運動方向的平面向物品投射激光。

這樣的系統能夠以激光測距設備集中探測的方式得到物品的高度信息，設備易于安裝部署，且成本較低，有利于推廣應用；另一方面，當物品位于箱體中，且箱體上部有遮擋時，激光能穿過箱體缺口投射在物品表面，從而擴大了應用范圍。

在一個實施例中，激光測距設備一次發出一條射線，以預定角度間隔逐次向物品投射激光。這樣的系統能夠進一步降低成本，且便于工作人員根據物品的種類、尺寸在保證一定準確度的同時調節預定角度，提高探測速度，擴大應用范圍。

本發明物品三維重建裝置的另一個實施例的結構示意圖如圖9所示。物品三維重建裝置包括存儲器910和處理器920。其中：存儲器910可以是磁盤、閃存或其它任何非易失性存儲介質。存儲器用于存儲物品三維重建方法的對應實施例中的指令。處理器920耦接至存儲器910，可以作為一個或多個集成電路來實施，例如微處理器或微控制器。該處理器920用于執行存儲器中存儲的指令，能夠實現機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

在一個實施例中，還可以如圖10所示，物品三維重建裝置1000包括存儲器1010和處理器1020。處理器1020通過BUS總線1030耦合至存儲器1010。該物品三維重建裝置1000還可以通過存儲接口1040連接至外部存儲裝置1050以便調用外部數據，還可以通過網絡接口1060連接至網絡或者另外一臺計算機系統(未標出)。此處不再進行詳細介紹。

在該實施例中，通過存儲器存儲數據指令，再通過處理器處理上述指令，能夠實現機器人對具有高度作業要求的物品進行揀選作業。

在另一個實施例中，一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序指令，該指令被處理器執行時實現物品三維重建方法的對應實施例中的方法的步驟。本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、裝置、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用非瞬時性存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

至此，已經詳細描述了本發明。為了避免遮蔽本發明的構思，沒有描述本領域所公知的一些細節。本領域技術人員根據上面的描述，完全可以明白如何實施這里公開的技術方案。

可能以許多方式來實現本發明的方法以及裝置。例如，可通過軟件、硬件、固件或者軟件、硬件、固件的任何組合來實現本發明的方法以及裝置。用于所述方法的步驟的上述順序僅是為了進行說明，本發明的方法的步驟不限于以上具體描述的順序，除非以其它方式特別說明。此外，在一些實施例中，還可將本發明實施為記錄在記錄介質中的程序，這些程序包括用于實現根據本發明的方法的機器可讀指令。因而，本發明還覆蓋存儲用于執行根據本發明的方法的程序的記錄介質。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。