采用單目視覺的吊具空間定位裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺檢測技術(shù)，特別涉及采用單目視覺的雙起升雙吊具橋吊的吊 具空間定位裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙起升橋式吊車的雙吊具可以同時裝卸兩個不同的集裝箱，大大提高了集裝箱碼 頭的運(yùn)輸效率。雙起升橋式吊車在裝卸過程中，需要兩個吊具同步協(xié)調(diào)無搖晃運(yùn)行才能保 證準(zhǔn)確的對位以最大效率完成集裝箱的裝卸工作。但在雙吊具驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行過程中，外部 負(fù)載重量的變化，以及外部其他干擾，橋吊系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的變化，裝卸過程中雙吊具會產(chǎn)生 搖晃或者運(yùn)行不同步的現(xiàn)象。這樣會對裝卸效率帶來不利影響，也會帶來不安全因素。因 此，精確測量吊具的空間位置并對橋吊進(jìn)行同步和防搖控制非常重要。
[0003] 在雙起升雙吊具橋吊的自動控制中，需要檢測雙吊具的空間位置信息，使之參與 反饋控制?，F(xiàn)有的橋吊吊具空間位置檢測裝置是針對單吊具橋吊設(shè)計的，比如接觸式的檢 測裝置和非接觸式的檢測裝置。其中接觸式的測量裝置，比如編碼器等，存在電氣噪音，多 傳感器配置，易磨損，使測量裝置復(fù)雜化等問題?，F(xiàn)有的非接觸式檢測裝置也需要多傳感器 配合，比如雙目攝像機(jī)配合激光測距儀，這種測量方式造價昂貴，且多傳感器信號不同步等 問題，影響著其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種雙起升雙吊具橋吊的吊具空間定位裝置及測量方法，采 用單目視覺的原理，通過設(shè)置于雙吊具上方的標(biāo)識小球與小車下方的單目攝像機(jī)，將采集 得到的圖像經(jīng)過處理后計算得到雙吊具的空間位置，解決了雙起升雙吊具橋吊吊具的空間 定位以及信號處理問題，裝置成本低，效率高，結(jié)構(gòu)簡單且采集的信息范圍廣泛。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供一種采用單目視覺的吊具空間 定位裝置，其包含：
[0006] 與橋吊中每一個吊具相應(yīng)設(shè)置的以下部件：橋吊的小車機(jī)構(gòu)處開設(shè)的定位孔；起 升電極的轉(zhuǎn)軸連接吊繩一端，使吊繩的另一端穿過定位孔后，與吊具及吊具上方的球形標(biāo) 識物連接；
[0007] 單目攝像機(jī)，設(shè)置于小車機(jī)構(gòu)處，用于拍攝吊具運(yùn)動時所述球形標(biāo)識物隨之以定 位孔為固定點(diǎn)從第一位置擺動到第二位置時的圖像；第一位置時球形標(biāo)識物的球心位于單 目攝像機(jī)的光心正下方；第二位置時球形標(biāo)識物的球心與光心的連線與豎直方向構(gòu)成有夾 角；
[0008] 信號處理裝置，根據(jù)對拍攝到的圖像進(jìn)行處理得到的參數(shù)，計算得到該球形標(biāo)識 物在世界坐標(biāo)系下的球心空間坐標(biāo)：
[0010] 其中，圖像處理得到的參數(shù)包含：
[0011] 單目攝像機(jī)的焦距f;
[0012] 光心到第一位置時球形標(biāo)識物球心的高度h ;
[0013] 球形標(biāo)識物在與光心距離為f處的像平面上對應(yīng)圓形的圓心在圖像坐標(biāo)系下的 坐標(biāo)X，y ;
[0014] 攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系0wxwywz w的原點(diǎn)，分別在xw, yw, zw方向的距離x〇j y〇? z〇°
[0015] 優(yōu)選地，信號處理裝置是包含以下模塊的圖像處理計算機(jī)：
[0016] 前置濾波模塊，對拍攝到的圖像進(jìn)行濾波處理；
[0017] 雙圓檢測模塊，對圖像中第一位置和第二位置的球形標(biāo)識物進(jìn)行識別得到相應(yīng)的 參數(shù)；
[0018] 空間定位模塊，根據(jù)得到的參數(shù)計算得到球形標(biāo)識物在世界坐標(biāo)系下的球心空間 坐標(biāo)。
[0019] 優(yōu)選地，所述橋吊是雙起升雙吊具橋吊，在小車機(jī)構(gòu)處設(shè)置有與兩個吊具分別對 應(yīng)的定位孔、起升電極、吊繩及球形標(biāo)識物；
[0020] 所述小車機(jī)構(gòu)上共用的單目攝像機(jī)，對兩個吊具各自對應(yīng)球形標(biāo)識物以各自定位 孔為固定點(diǎn)在兩個位置擺動的圖像進(jìn)行拍攝；
[0021] 所述小車機(jī)構(gòu)上共用的信號處理裝置，對兩個吊具各自對應(yīng)球形標(biāo)識物在世界坐 標(biāo)系下的球心空間坐標(biāo)進(jìn)行計算，實(shí)現(xiàn)雙吊具的空間定位。
[0022] 優(yōu)選地，所述信號處理裝置將雙吊具的空間定位信息發(fā)送給監(jiān)視控制計算機(jī)；由 監(jiān)視控制計算機(jī)發(fā)送給橋吊司機(jī)操作室的顯示器處進(jìn)行顯示，和/或發(fā)送給同步或者防搖 控制裝置進(jìn)行雙吊具的同步或者防搖控制。
[0023] 本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供一種采用單目視覺的吊具空間定位方法，橋吊運(yùn) 行，控制每個吊具運(yùn)動，帶動該吊具相應(yīng)的球形標(biāo)識物以定位孔為固定點(diǎn)進(jìn)行擺動；
[0024] 通過單目攝像機(jī)拍攝所述球形標(biāo)識物從第一位置擺動到第二位置時的圖像；第一 位置時球形標(biāo)識物的球心位于單目攝像機(jī)的光心正下方；第二位置時球形標(biāo)識物的球心與 光心的連線與豎直方向構(gòu)成有夾角；
[0025] 通過信號處理裝置對拍攝到的圖像進(jìn)行處理得到相應(yīng)參數(shù)，并根據(jù)相應(yīng)參數(shù)計算 得到該球形標(biāo)識物在世界坐標(biāo)系下的球心空間坐標(biāo)：
[0027] 其中，圖像處理得到的參數(shù)包含：
[0028] 單目攝像機(jī)的焦距f;
[0029] 光心到第一位置時球形標(biāo)識物球心的高度h ;
[0030] 球形標(biāo)識物在與光心距離為f處的像平面上對應(yīng)圓形的圓心在圖像坐標(biāo)系下的 坐標(biāo)X，y ;
[0031 ] 攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系0 wxwywzw的原點(diǎn)，分別在X w, yw, zw方向的距離 x〇j y〇? z〇°
[0032] 優(yōu)選地，所述橋吊是雙起升雙吊具橋吊；通過共用的單目攝像機(jī)，對兩個吊具各自 對應(yīng)球形標(biāo)識物以各自定位孔為固定點(diǎn)在兩個位置擺動的圖像進(jìn)行拍攝；
[0033] 通過共用的信號處理裝置，對兩個吊具各自對應(yīng)球形標(biāo)識物在世界坐標(biāo)系下的球 心空間坐標(biāo)進(jìn)行計算，實(shí)現(xiàn)雙吊具的空間定位；
[0034] 通過監(jiān)視控制計算機(jī)，將雙吊具的空間定位信息發(fā)送給橋吊司機(jī)操作室的顯示器 處進(jìn)行顯示，和/或發(fā)送給同步或者防搖控制裝置進(jìn)行雙吊具的同步或者防搖控制。
[0035] 本發(fā)明涉及的橋吊吊具空間定位裝置采用了單目視覺原理，通過單目攝像機(jī)對安 裝于兩個吊具上方的兩個標(biāo)識小球進(jìn)行圖像采集并通過圖像處理獲得小球球心的空間坐 標(biāo)。
[0036] 目前為止有關(guān)雙起升橋吊吊具的空間定位裝置的方案較少，相對于傳統(tǒng)的橋吊吊 具定位系統(tǒng)，本發(fā)明所涉及的雙吊具定位裝置使用的為非接觸的單目視覺定位裝置，成本 低，結(jié)構(gòu)簡單，精確度能夠得到保證，且不存在多傳感器的信號不同步問題，既可以為雙起 升雙吊具橋吊的同步和防搖控制提供反饋信息，參與橋吊的自動控制，又可以再橋吊控制 室的監(jiān)視計算機(jī)中顯示，為橋吊司機(jī)手動操作提供參考。
【附圖說明】
[0037] 圖1是雙起升雙吊具橋吊吊具空間定位裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖2是吊具空間定位裝置放大圖；
[0039] 圖3是系統(tǒng)坐標(biāo)原理圖；
[0040] 圖4是定位原理圖；
[0041] 圖5是信號流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 本發(fā)明采用單目視覺技術(shù)，通過單個攝像機(jī)和兩個球形標(biāo)識物，依據(jù)對采集到的 圖像中兩個球形標(biāo)志物的位置和大小，從而測量得到表示小球的空間坐標(biāo)，完成雙吊具的 空間定位。
[0043] 附圖1為雙起升雙吊具橋吊及本發(fā)明所涉及的吊具空間定位裝置的結(jié)構(gòu)和組成： 如圖1所示的雙起升雙吊具橋式吊車中，設(shè)有大車機(jī)構(gòu)1，大車驅(qū)動機(jī)構(gòu)2、3，小車機(jī)構(gòu)4，橋 吊司機(jī)操作室5 ;在小車機(jī)構(gòu)4上搭載有單目攝像機(jī)8,信號處理裝置9,以及兩個起升電機(jī) 6、7,并通過兩個吊繩10、11對應(yīng)連接了兩個吊具14、15及相應(yīng)的兩個球形標(biāo)識物12、13。
[0044] 圖2為單個吊具定位裝置結(jié)構(gòu)放大示意圖。起升電機(jī)的轉(zhuǎn)軸16連接吊繩10,吊繩 10穿過小車機(jī)構(gòu)底板的定位孔17后，連接相應(yīng)的吊具14和球形標(biāo)識物12。橋吊在運(yùn)動過 程中，此定位孔17所在的點(diǎn)為吊繩10擺動時的固定點(diǎn)，通過此固定點(diǎn)，構(gòu)建空間坐標(biāo)系，以 此對橋吊吊具進(jìn)行空間定位。信號處理裝置9主要由圖像處理計算機(jī)組成，對于小車機(jī)構(gòu) 底板下方的單目攝像機(jī)8采集的圖像進(jìn)行處理。
[0045] 圖3為系統(tǒng)坐標(biāo)原理圖，圖4為定位原理圖。吊具運(yùn)動帶動球形標(biāo)識物一起運(yùn)動， 由單目攝像機(jī)捕捉球形標(biāo)識物，并由計算機(jī)處理得到吊具的位置信息。如圖3所示，18為攝 像機(jī)的光心，設(shè)置三個橋吊坐標(biāo)系：攝像機(jī)坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系0wxwyw