(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210800450.3 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210012 江苏省南京市栖霞区文苑路9 号 申请人 南京御通信息技 术有限公司 (72)发明人 周庆森　赵来定　张更新　洪涛　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 刘艳艳 (51)Int.Cl. G06T 7/10(2017.01) G06T 7/62(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06V 10/762(2022.01)G06T 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于机器视觉的平 面面积测量方法、 装 置及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于机器视觉的平面面 积测量方法、 装置及系统， 方法包括： 获取相机参 数下采集的待测物体图像； 将待测物体图像进行 畸变矫正预处理后截取包括有完整待测物体的 矩形区域图像； 根据像素坐标系与世界坐标系的 转换关系将矩形区域图像的像素坐标转换为世 界坐标； 根据世界坐标计算出矩形区域图像面 积； 对矩形区域图像进行透视变换， 得到待测物 体的俯视图像； 对俯视图像进行基于颜色的K ‑ means聚类， 将俯视图像分割为待测物 体区域、 背 景区域以及透视变换后的空白区域； 计算得到待 测物体区域所占比例； 根据待测物体区域所占比 例以及矩形区域图像面积计算得到待测物体面 积。 实现对平面物体非接 触式自动化测量。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115187612 A 2022.10.14 CN 115187612 A 1.一种基于 机器视觉的平面 面积测量方法， 其特 征在于， 包括： 获取相机参数以及所述相机参数下采集的待测物体图像， 其中所述待测物体图像采用 单目相机拍摄， 且所述相机参数为单目相机经 过标定获得， 包括相机的内参与畸变参数； 将待测物体图像进行畸变矫 正预处理； 在预处理后的待测物体图像上截取包括有完整 待测物体的矩形区域图像； 根据像素坐标系与世界坐标系的转换关系， 结合相机参数， 将矩形区域图像的像素坐 标转换为世界坐标； 根据世界坐标计算出矩形区域图像面积； 对所述矩形区域图像进行透 视变换， 得到待测物体的俯视图像； 对俯视图像进行基于颜色的K ‑means聚类， 将俯视图像分割为待测物体区域、 背景 区域 以及透视变换后的空白区域； 计算得到待测物体区域所占比例； 根据待测物体区域所占比例以及矩形区域图像面积计算得到待测物体面积。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法， 其特征在于， 获取相机参 数， 包括： 将测量系统进 行安装， 调节单目相机的焦距， 使相机能够清晰地拍摄到待测物体， 然后进行 标定板图像采集， 传输 到计算机上进行 单目相机标定， 获取相机参数。 3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的平面面积测量方法， 其特征在于， 单目相 机标定的方法包括： 步骤1.1： 固定好单目相机， 调 节单目相机的焦距， 在工作台上放置棋盘格； 改变棋盘格 的摆放位置， 使用单目相机进行多次拍摄， 得到多张图像； 步骤1.2： 在MATLAB进行相机标定： 使用函数detectCheckerboardPoints()检测识别各 图像中棋盘格的角点坐标， 所有图像的角点坐标储存在变量i_Points中； 通过函数 generateCheckerboardPoint s()在以棋盘图案为中心的坐标系中生成棋盘格角点的世界 坐标， 并且使左上角坐标为(0,0,0)， 同样将所有图像的世界坐标储存在变量w_Points中； 最后在标定函数estimateCamer aParameters()中输入变量i_Points和w_Points， 标定得 到单目相机参数变量camera_Param s。 4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法， 其特征在于， 畸变矫正预 处理包括： 过MATLAB中的函数un distortImage()函数进行； 输入相机内参以及畸变参数， 对初始 图像边缘进行校正， 输出畸变校正后的图像。 5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法， 其特征在于， 对所述矩形 区域图像进行透 视变换， 得到待测物体的俯视图像， 包括： 待测物体的俯视图像与矩形区域图像之间有4个基本坐标对， 求解出映射矩阵， 待测物 体的俯视图像与矩形区域图像中一对像素坐标的投影 变换关系为： 其中投影变换矩阵含有8个未知量： a0， a1……a7； (M0， N0)为矩形区域图像中像素坐标 点； (M0′， N0′)为俯视图像中像素坐标点； 通过4组坐标对构建如下 方程：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115187612 A 2其中， (M0， N0)、 (M1， N1)、 (M2， N2)、 (M3， N3)为矩形区域图像中4组像素坐标点； (M ′0， N′0)、 (M′1， N′1)、 (M′2， N′2)、 (M′3， N′3)为俯视图像中对应的4组像素坐标点。 6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法， 其特征在于， 根据像素坐 标系与世界坐标系的转换关系， 结合相 机参数， 将矩形区域图像的像素坐标转换为世界坐 标， 包括： 一个点从像素坐标系到世界坐标系的转换公式为： 其中， 世界坐标系下的点为(XW,YW,ZW)， 像素坐标系下的点为(u,v)， ZC为目标点相机坐 标系在Z轴方向上的投影值， K为相机的内参矩阵， R为旋转矩阵， T为平 移向量。 7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法， 其特征在于， 根据世界坐 标计算出矩形区域图像面积， 包括： 其中SC为矩形区域图像面积， 矩形区域图像4个顶点世界坐标分别记为(X1,Y1)、 (X2, Y2)、 (X3,Y3)、 (X4,Y4)。 8.根据权利要求1所述的基于 机器视觉的平面 面积测量方法， 其特 征在于， 对俯视图像进行基于颜色的K ‑means聚类， 包括： 基于彩色图像的RGB三通道为x ‑y‑z轴 建立空间直角坐标系， 将图像中相同颜色的类聚合 为一类， 实现基于颜色的图像分割； 和/或， 根据待测物体区域所占比例以及矩形区域图像面积计算得到待测物体面积， 包 括： S＝R*SC 其中S为待测物体面积， R为待测物体区域所占比例， SC为矩形区域图像面积。 9.一种基于 机器视觉的平面 面积测量装置， 其特 征在于， 包括处 理器及存 储介质； 所述存储介质用于存 储指令； 所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至8任一项所述方法的 步骤。 10.一种基于机器视觉的平面面积测量系统， 其特征在于， 包括单目相机和权利要求9 所述的基于 机器视觉的平面 面积测量装置；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115187612 A 3