一种基于红外线的物体体积估算方法与系统与流程

本发明适用于物流技术领域，尤其涉及一种基于红外线的物体体积估算方法与系统。

背景技术：
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应，结果发现位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线，也可以当作传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l000μm之间。红外线，俗称红外光，是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在770纳米至1毫米之间，是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段，透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。红外线传感器（infraredtransducer）：利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。目前，现有技术中没有应用红外线传感装置来计算物体的体积。

技术实现要素：
本发明实施例提供了一种基于红外线的物体体积估算方法，旨在解决现有技术将多个物体扫描装车或者装箱时，需要人工查看、调度时间消耗的问题。本发明实施例是这样实现的，一种基于红外线的物体体积估算方法，包括：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用所述红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图；根据所述遮挡图计算物体的横截面面积；根据所述横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积。本发明实施例还提供一种基于红外线的物体体积估算系统，包括：遮挡图获取单元，用于物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用所述红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图；横截面面积计算单元，用于根据所述遮挡图计算物体的横截面面积；物体体积计算单元，用于根据所述横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积。本发明通过将多个红外线收发装置排列使用，从而能够获得物体的物体的遮挡图，进而计算出物体的横截面面积，最后达到估算体积的效果。可以提高分拣小车的空间利用率，节省分拣小车人工查看、调度时间消耗。附图说明图1表示一种基于红外线的物体体积估算方法流程图；图2表示速度估算示意图；图3表示红外装置映射示意图；图4表示物体横截面扫描示意图；图5表示基于红外线的物体体积估算系统结构图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图1示出了本发明实施例提供的一种基于红外线的物体体积估算方法流程图，详述如下：在步骤S101中，物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用该红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图；在步骤S102中，根据遮挡图计算物体的横截面面积；在步骤S103中，根据横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积。在本发明的一个实例中，如图2所示，设置了两列红外线传感器（n=2）,每列5个（m=5）为了使得估算更细粒度，每列的上下装置之间以距离h隔开，两列对应的装置均匀错开，取每列5对红外线收发装置，共10个，10个红外线装置垂直间隔d。A和B代表两列红外线发送接收装置。物体由A至B方向通过红外线传感器点阵；物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用该红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图包括：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，令物体开始遮挡第一列的红外线传感器的时间记为tA，物体开始遮挡第二列的红外线传感器的时间记为tB；从时间tA开始对物体进行横截面扫描，每过△t时间记录被遮挡的红外线传感器，直到物体离开第二列的红外线传感器为止，将第二列的红外线传感器的遮挡记录映射到第一列的红外线传感器的遮挡记录中，构成一个随时间变化的总遮挡记录，所述总遮挡记录形成遮挡图；在本实施例中，图2中的A的5个红外线收发装置从上到下依次记为A＝{a1,a2,a3,a4,a5}；B的5个红外线收发装置从上到下依次记为B＝{b1,b2,b3,b4,b5}。将B映射到A中，从上到下依次记为A'＝{A1',A2',A3',A4',A5',A6',A7',A8',A9',A10'}。图2中的空心点就是B映射过来的点，映射结果A’则如图3所示。物体通过A和B时，可以认为是水平运动。因此，B被遮挡的记录也可以映射到A中。即A’可以得到一个总的遮挡随时间变化的记录，，物体进入A的时间为tA，开始对物体进行横截面扫描，每过Δt时间记录被遮挡的红外线装置。同样，物体进入B后，衔接上一次记录时间加上Δt记录，依次下去，直到物体出B的扫描范围。如图4所示，在一个时间点上，空心点就是被遮挡的点，实心点是没有被遮挡的点，圆环点就是遮挡边缘点。根据该遮挡图计算物体的横截面面积包括：计算物体的水平通过速度为：遮挡图中的纵向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的纵向相隔为h/2，遮挡图中的横向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的横向间隔L＝u×Δt，遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h/2×L，通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S=λ(h/2×L)＝λ(h/2×u×Δt)，其中λ为小矩形数目；在本实施例中，如图4所示，每两个相邻时间差都是Δt，例如t5-t4=Δt。那么这些点就是纵向相隔h/2，横向相隔L＝u×Δt，每四个点组成的最小矩形面积为h/2×L。通过清算遮挡的最小矩形个数即可得到物体横截面面积。例如，t6和t7中，纵向隔着3段，横向隔着一段，面积占3/2个小矩形。在此步骤中，得到的面积S=λ(h/2×L)＝λ(h/2×u×Δt)，其中，λ为最小矩形个数，不一定是整数，比如3/2。根据该横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积包括：物体体积其中，w为预设的物体宽度。在本实施例中，可以根据预先设置行李箱的宽度，如果物体横向宽度变化不大，可以取一个平均值w。w取多少则需要实际调研取数。通过对北京首都机场T1航站楼行李分拣池的调研，对装满了行李的分拣小车中的行李进行了统计，发现其中行李的平均横向宽度一般为35CM左右。在本发明的另一个实例中，红外线传感器点阵为两列相互错开的红外线传感器，每列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h，两列红外线传感器之间的距离为d；物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用该红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图包括：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，令物体开始遮挡第一列的红外线传感器的时间记为tA，物体开始遮挡第二列的红外线传感器的时间记为tB；从时间tA开始对物体进行横截面扫描，每过△t时间记录被遮挡的红外线传感器，直到物体离开第一列的红外线传感器为止，构成一个随时间变化的遮挡记录，所述遮挡记录形成遮挡图；在本实施例中，不同于上一实施例，记录物体开始遮挡第一列红外线传感器到离开第一列红外线传感器的时间来构成红外线传感器随时间变化的遮挡记录，同样，水平通过速度由物体分别开始遮挡第一列与第二列红外线传感器的时间来计算。根据该遮挡图计算物体的横截面面积包括：计算物体的水平通过速度为：遮挡图中的纵向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的纵向相隔为h/2，遮挡图中的横向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的横向间隔L＝u×Δt,遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h/2×L,通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S=λ(h/2×L)＝λ(h/2×u×Δt)，其中，λ为最小矩形数目；所述根据所述横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积包括：物体体积其中，w为预设的物体宽度。在本发明的另一实施例中，红外线传感器点阵为一列红外线传感器，该列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h；物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用该红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图包括：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，从物体遮挡该列红外线传感器时开始对物体进行横截面扫描，每过△t时间记录被遮挡的红外线传感器，直到物体离开该列红外线传感器为止，构成一个随时间变化的遮挡记录，该遮挡记录形成遮挡图；根据该遮挡图计算物体的横截面面积包括：遮挡图中的纵向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的纵向相隔为h，遮挡图中的横向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的横向间隔L＝u×Δt,其中u为物体的传送速度，遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h×L,通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S=λ(h×L)＝λ(h×u×Δt)，其中λ为最小矩形数目；根据该横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积包括：物体体积V=w×S＝wλ(h×u×Δt)，其中，w为预设的物体宽度。在本实施例中，只需设置一列红外线收发装置，通过物体的传送速度或者传送带的速度便可计算出物体体积。在本发明的另一个实施例中，红外线传感器点阵为n列平行排列的红外线传感器，每列红外线传感器的数量均为m，每列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h，相邻两列红外线传感器之间的距离为d，且（n-1）×d不小于待测的物体的横向长度，（m-1）×h不小于待测的物体的纵向宽度；物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，利用该红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图包括：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，当物体完全进入该红外线传感器点阵时，对物体进行横截面扫描，获得物体的遮挡图；根据该遮挡图计算物体的横截面面积包括：遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h×d，通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S＝λ(h×d)，其中λ为最小矩形数目；根据该横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积包括：物体体积V＝w×S＝wλ(h×d)，其中，w为预设的物体宽度。在本实施例中，红外线收发装置设置的足够多，长宽大于物体的长宽时，当物体移动到红外线传感器点阵中，并能被完全覆盖时，只需记录此时的遮挡记录，便可得到遮挡图。在现有的操作中，每当小车中的行李占小车空间80%左右时，分拣工人就得经常过去绕着小车一周查看小车剩余空间，等空间利用到100%时，再临时从其他位置调来空的小车来装行李，这样就耗费的大量的人力与时间。图5示出了本发明实施例提供的基于红外线的物体体积估算系统结构图，详述如下：遮挡图获取单元51物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过时，利用该红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图；横截面面积计算单元52根据该遮挡图计算物体的横截面面积；物体体积计算单元53根据该横截面面积与预设的物体宽度计算出物体体积。作为本发明的一个实施例，红外线传感器点阵为两列相互错开的红外线传感器，每列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h，两列红外线传感器之间的距离为d。遮挡图获取单元具体包括：遮挡时间记录模块一当物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过时，令物体开始遮挡第一列的红外线传感器的时间记为tA，物体开始遮挡第二列的红外线传感器的时间记为tB。遮挡图形成模块一从时间tA开始对物体进行横截面扫描，每过△t时间记录被遮挡的红外线传感器，直到物体离开第二列的红外线传感器为止，将第二列的红外线传感器的遮挡记录映射到第一列的红外线传感器的遮挡记录中，构成一个随时间变化的总遮挡记录，总遮挡记录形成遮挡图。横截面面积计算单元具体包括：水平速度计算模块一计算物体的水平通过速度u，其中，最小矩形面积计算模块一计算遮挡图中每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积，遮挡图中的纵向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的纵向相隔为h/2，遮挡图中的横向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的横向间隔L＝u×Δt，遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h/2×L。横截面面积计算模块一通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S=λ(h/2×L)＝λ(h/2×u×Δt)，其中λ为最小矩形数目。物体体积其中，w为预设的物体宽度。作为本发明的另一个实施例，红外线传感器点阵为两列相互错开的红外线传感器，每列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h，两列红外线传感器之间的距离为d。遮挡图获取单元具体包括：遮挡时间记录模块二当物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过时，令物体开始遮挡第一列的红外线传感器的时间记为tA，物体开始遮挡第二列的红外线传感器的时间记为tB。遮挡图形成模块二从时间tA开始对物体进行横截面扫描，每过△t时间记录被遮挡的红外线传感器，直到物体离开第一列的红外线传感器为止，构成一个随时间变化的遮挡记录，遮挡记录形成遮挡图。横截面面积计算单元具体包括：水平速度计算模块二计算物体的水平通过速度u,其中，最小矩形面积计算模块二计算遮挡图中每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积，遮挡图中的纵向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的纵向相隔为h/2，遮挡图中的横向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的横向间隔L＝u×Δt,遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h/2×L。横截面面积计算模块二通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S=λ(h/2×L)＝λ(h/2×u×Δt)，其中λ为最小矩形数目。物体体积其中，w为预设的物体宽度。作为本发明的另一个实施例，红外线传感器点阵为一列红外线传感器，该列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h；利用红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图具体为：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，从物体遮挡该列红外线传感器时开始对物体进行横截面扫描，每过△t时间记录被遮挡的红外线传感器，直到物体离开该列红外线传感器为止，构成一个随时间变化的遮挡记录，遮挡记录形成遮挡图。横截面面积计算单元具体包括：最小矩形面积计算模块三计算遮挡图中每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积，遮挡图中的纵向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的纵向相隔为h，所述遮挡图中的横向相邻两个被遮挡的红外线传感器之间的横向间隔L＝u×Δt,其中u为物体的传送速度，所述遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h×L。横截面面积计算模块三通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S=λ(h×L)＝λ(h×u×Δt)，其中λ为最小矩形数目。物体体积V=w×S＝wλ(h×u×Δt)，其中，w为预设的物体宽度。作为本发明的另一个实施例，红外线传感器点阵为n列平行排列的红外线传感器，每列红外线传感器的数量均为m，每列红外线传感器中相邻的两个红外线传感器之间的距离均为h，相邻两列红外线传感器之间的距离为d，且（n-1）×d不小于待测的物体的横向长度，（m-1）×h不小于待测的物体的纵向宽度；利用红外线接收装置的红外线传感器点阵获得物体的遮挡图具体为：物体从红外线发送装置与红外线接收装置之间通过，当物体完全进入红外线传感器点阵时，对物体进行横截面扫描，获得物体的遮挡图；所述横截面面积计算单元具体包括：最小矩形面积计算模块四计算遮挡图中每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积，遮挡图中的每四个相邻的被遮挡的红外线传感器组成的最小矩形面积为h×d。横截面面积计算模块四通过清算被遮挡的红外线传感器的最小矩形的数目，计算出物体的横截面面积S＝λ(h×d)，其中λ为最小矩形数目。物体体积V＝w×S＝wλ(h×d)，其中，w为预设的物体宽度。本发明通过将多个红外线收发装置排列使用，从而能够获得物体的物体的遮挡图，进而计算出物体的横截面面积，最后达到估算体积的效果。可以提高分拣小车的空间利用率，节省分拣小车人工查看、调度时间消耗。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。