3D視覺體積測量方案

DWS（Dimension/Weight/Scanning：體積/稱重/掃碼）是物流行業(yè)內(nèi)的重要設(shè)備，隨著物流行業(yè)內(nèi)精細(xì)化管理運(yùn)營水平的提升，DWS的設(shè)備應(yīng)用比率在逐年快速提高。體積數(shù)據(jù)的獲取，對于不同的物流應(yīng)用場景有著多重意義和價(jià)值，常見的應(yīng)用場景包括：

（1） 計(jì)費(fèi)依據(jù)：在諸如快運(yùn)等多種物流細(xì)分領(lǐng)域中，體積可以成為泡貨的計(jì)費(fèi)依據(jù)；

（2） 配載優(yōu)化：因?yàn)榕葚浾紦?jù)絕大多數(shù)的貨運(yùn)比例，基于體積數(shù)據(jù)的配載優(yōu)化具備很大價(jià)值，是后續(xù)運(yùn)輸成本優(yōu)化的主要目標(biāo)；

（3） 揀貨復(fù)核及包裝優(yōu)化：電商行業(yè)中，體積數(shù)據(jù)是重要的揀貨復(fù)核依據(jù)，同時(shí)也能夠用于打包優(yōu)化的，可以節(jié)省大量包裝和后續(xù)的運(yùn)輸成本；

（4） 倉儲管理：在物流、倉儲甚至一般工業(yè)行業(yè)中，出入庫貨物的量方也是基礎(chǔ)管理數(shù)據(jù)之一；

（5） 分揀優(yōu)化：在很多自動分揀系統(tǒng)中（包括交叉帶分揀系統(tǒng)、AGV等多種形態(tài)），包裹的體積信息能夠幫助系統(tǒng)進(jìn)行分類和優(yōu)化分揀，提升分揀效率和正確率。

一言以概之，條碼、重量和體積作為物流目標(biāo)物體的三大基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，只有全部完成數(shù)字化后才能夠支撐后續(xù)系統(tǒng)的管理調(diào)度優(yōu)化。其中重量和條碼可以通過常規(guī)普通傳感器和相機(jī)實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)非常成熟，而體積數(shù)據(jù)的采集因?yàn)槿狈Ｓ脗鞲衅鳎羌夹g(shù)難點(diǎn)。綜合各類潛在的體積測量手段，非接觸式的視覺體積測量是一種顯而易見的優(yōu)選方案，不過之前一些海外傳統(tǒng)機(jī)器視覺大廠提供的相機(jī)方案價(jià)格昂貴、動輒幾萬人民幣以上，且使用和維護(hù)要求高，除一些特定的航空節(jié)點(diǎn)之外，難以大量落地推廣，直到最近兩年3D視覺逐漸成熟，基于3D相機(jī)的視覺體積測量開始逐步普及。

3D相機(jī)種類

目前技術(shù)成熟的高性價(jià)比3D相機(jī)有兩類：線激光掃描相機(jī)（又稱輪廓儀）和面陣3D相機(jī)，一般3D相機(jī)所指的都是面陣3D相機(jī)。

線激光掃描相機(jī)顧名思義在給定時(shí)間里只能測量到一個(gè)截面的輪廓尺寸，如果要得到一個(gè)物體的完整長寬高數(shù)據(jù)，需要將相機(jī)或者物體進(jìn)行勻速移動進(jìn)行一次完整掃描，并且需要知道精確的運(yùn)動速度才能獲得運(yùn)動方向的長度值。這個(gè)特點(diǎn)限制了線掃相機(jī)只能應(yīng)用在傳輸過程中的測量，在靜態(tài)測量場景中已經(jīng)被淘汰。

而面陣拍攝的3D相機(jī)可以在一幀曝光時(shí)間內(nèi)完成一次視野空間內(nèi)的全場拍攝測量，跟2D相機(jī)拍照一樣，動態(tài)和靜態(tài)測量都適用，在動態(tài)拍攝中，可以通過減少曝光時(shí)間來適配更高的帶速，且測量過程不需要速度值、也不要求運(yùn)動是勻速的，適用性更好。

動態(tài)和靜態(tài)體積測量

在不同的物流場景中，重量體積和條碼都有動態(tài)和靜態(tài)兩種方式。動態(tài)集中在分揀轉(zhuǎn)運(yùn)中心，靜態(tài)測量方式的面就很廣泛了，網(wǎng)點(diǎn)、倉庫和分揀轉(zhuǎn)運(yùn)中心都有需求。從數(shù)量和部署節(jié)奏來看，目前在分揀中心的動態(tài)測量部署節(jié)奏最快，但是在需求總量來看，靜態(tài)測量的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于動態(tài)，但是節(jié)奏會比較慢，且快運(yùn)、跨境、航空和快遞等不同行業(yè)對體積數(shù)據(jù)的需求急迫程度也相差很多。

如上述3D相機(jī)分類中介紹的，動態(tài)目前以線激光掃面相機(jī)為主，靜態(tài)則以面陣相機(jī)為主，從技術(shù)趨勢來看，面陣相機(jī)更具性價(jià)比優(yōu)勢且可替代線陣相機(jī)，而線陣相機(jī)則無法替換面陣相機(jī)。

小件和大件體積測量

無論2D還是3D、也不管是線陣還是面陣，所有的相機(jī)都有拍攝距離和視場角限制，也就是存在測量范圍。因此針對不同的體積測量范圍要求，視覺系統(tǒng)也可分為小件和大件系統(tǒng)。大小件的界限并沒有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，一般小件的邊長在0.6-0.8米以內(nèi)，而大件可能有1米、2米甚至更大。小件的體積測量可以使用1臺3D相機(jī)完成，而大件則需要根據(jù)具體需求，采用多臺相機(jī)拼接的方法來實(shí)現(xiàn)，拼接的相機(jī)數(shù)量可以根據(jù)測量需求來進(jìn)行計(jì)算，常見的方案有2-8臺之間，當(dāng)然多相機(jī)拼接對于技術(shù)的要求更高，市場上成熟的方案極少。

一般而言，單相機(jī)小件測量的精度更高，多相機(jī)大件測量的精度稍低。小件方案的精度根據(jù)不同的性價(jià)比，常見的測量精度有5mm和10mm，而大件精度則在10-20mm。

DWS系統(tǒng)集成

DWS設(shè)備是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，重量、體積和條碼三個(gè)測量單元作為外設(shè)通過USB、以太網(wǎng)或者串口等普通接口接入設(shè)備的工控機(jī)，設(shè)備工控機(jī)再通過網(wǎng)絡(luò)接入用

 戶系統(tǒng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常簡單。

因?yàn)橹亓亢蜅l碼相機(jī)所需的計(jì)算資源很少，所以DWS通常配置的工控機(jī)規(guī)格不需要高、成本很低，因此一套合適的體積測量系統(tǒng)最好對算力資源的要求不能太高。

來源：物流技術(shù)與應(yīng)用