一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝置，包括：構(gòu)建單元，預(yù)先建立船體坐標(biāo)系、圖像坐標(biāo)系、像機(jī)坐標(biāo)系和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系；測(cè)量單元，測(cè)量船艏參考點(diǎn)與船艉參考點(diǎn)的距離，以及像機(jī)安裝位置與船艏參考點(diǎn)的距離；獲取單元，獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角與俯仰角；計(jì)算單元，計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系至像機(jī)坐標(biāo)系的平移向量；以及計(jì)算船體坐標(biāo)系和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系的歐拉角；以及根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)；判斷單元，根據(jù)離靠泊作業(yè)參數(shù)判斷是否結(jié)束離靠泊作業(yè)，直到離靠泊作業(yè)結(jié)束。本發(fā)明保證岸上標(biāo)識(shí)能夠在有限的像機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)成像，放寬了對(duì)像機(jī)視場(chǎng)、船岸位姿關(guān)系的約束，提高離靠泊參數(shù)解算精度；計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及航海導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì) 算裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，造船技術(shù)和航海技術(shù)呈現(xiàn)跨越性的進(jìn)步，船舶的大型化已經(jīng) 由一種趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。因大型船舶質(zhì)量與體積大、不易操作等特點(diǎn)，通常需要拖輪的協(xié)助 才能完成離靠泊。入泊角度、船岸距離和船岸速度是離靠泊作業(yè)過(guò)程的重要參數(shù)，通過(guò)信息 化設(shè)備對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，為駕引人員提供準(zhǔn)確的輔助決策信息，是高效、安全實(shí)現(xiàn) 大型船舶離靠泊的有效途徑。近年來(lái)，用于輔助大型船舶離靠泊作業(yè)的儀器設(shè)備得到快速 發(fā)展，使駕引人員從過(guò)去純粹憑經(jīng)驗(yàn)靠感覺(jué)定勢(shì)靠泊發(fā)展到利用先進(jìn)設(shè)備數(shù)字定量靠泊。
[0003] 從工作原理劃分，離靠泊作業(yè)設(shè)備可分為激光離靠泊作業(yè)設(shè)備、差分衛(wèi)導(dǎo)離靠泊 作業(yè)設(shè)備、光學(xué)離靠泊作業(yè)設(shè)備。激光離靠泊作業(yè)設(shè)備和差分衛(wèi)導(dǎo)離靠泊作業(yè)設(shè)備發(fā)展較 為成熟，在港口、船舶中廣泛應(yīng)用。光學(xué)離靠泊作業(yè)設(shè)備利用日盲紫外波段的特殊性，能夠 在雨、霧等能見(jiàn)度不佳的天氣條件下使用，在近些年逐漸發(fā)展起來(lái)。
[0004] 當(dāng)前，光學(xué)離靠泊作業(yè)設(shè)備存在的主要問(wèn)題包括:一是未同時(shí)考慮離靠泊作業(yè)參 數(shù)與像機(jī)航向角及俯仰角的耦合關(guān)系，當(dāng)岸上標(biāo)識(shí)處于相機(jī)視場(chǎng)邊緣時(shí)，難以通過(guò)多個(gè)維 度對(duì)相機(jī)角度進(jìn)行調(diào)整，影響了岸上標(biāo)識(shí)在相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)的成像質(zhì)量，降低了離靠泊作業(yè)參 數(shù)解算精度;二是采用異面標(biāo)識(shí)，離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算方法復(fù)雜，運(yùn)算量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝 置，用以解決現(xiàn)有離靠泊作業(yè)參數(shù)解算精度不夠以及運(yùn)算復(fù)雜的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算方法，包括：
[0008] 預(yù)先建立船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb、圖像坐標(biāo)系I-XY、像機(jī)坐標(biāo)系Oc-X cYcZc和標(biāo)識(shí)源坐 標(biāo)系 Ou-XuYuZu;
[0009] 測(cè)量船艏參考點(diǎn)與船艉參考點(diǎn)的距離L，以及像機(jī)安裝位置與船艏參考點(diǎn)的距離 Lc;
[0010] 獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ;
[0011] 計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系0「ΧΙΖ。的平移向量[Tx Ty Τζ]τ;
[0012] 計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u的歐拉角(0 y爐)'：
[0013] 根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)，判斷是否結(jié)束離靠泊作業(yè)，如果否，重新獲取 像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ，再次離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算，直到離靠 泊作業(yè)結(jié)束;如果是，則結(jié)束計(jì)算。
[0014] 進(jìn)一步地，所述離靠泊作業(yè)參數(shù)包括：
[0015] 入泊角β、船艏與岸線距離Lb、船艉與岸線距離Ls、船艏相對(duì)于岸線的橫向速度Vb、 船艉相對(duì)于岸線的橫向速度Vs。
[0016] 進(jìn)一步地，根據(jù)如下公式計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)：
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 進(jìn)一步地，計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[Tx Ty 1^]7的過(guò)程具體包括：
[0023]根據(jù)圖像坐標(biāo)系I-XY和像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZ c的定義，通過(guò)像機(jī)標(biāo)定獲取圖像主點(diǎn) (Cx，Cy )、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距Fy;
[0024] 計(jì)算位姿中間變量ei、e3、e4、e 6、Θ7;
[0025] 根據(jù)圖像主點(diǎn)（Cx，Cy)、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距F y以及位姿中間變量，計(jì)算 計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[Tx Ty Τζ]τ。
[0026] 進(jìn)一步地，計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-X uYuZu的歐拉角
的過(guò)程具體包括：
[0030] 其中，!^、^、^'、^、^通過(guò)以下公式確定：[0031][0032]
[0027]
[0028]
[0029]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 本發(fā)明還提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝置，包括：
[0038]構(gòu)建單元，用于預(yù)先建立船體坐標(biāo)系0b-XbYbZ b、圖像坐標(biāo)系Ι-ΧΥ、像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-X uYuZu;
[0039]測(cè)量單元，用于測(cè)量船艏參考點(diǎn)與船艉參考點(diǎn)的距離L，以及像機(jī)安裝位置與船艏 參考點(diǎn)的距離Lc;
[0040]獲取單元，用于獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ;
[0041 ] 計(jì)算單元，用于計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[T x Ty Τζ]τ;以及計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系O u-XuYuZu的歐拉：
，以及 根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)；
[0042] 判斷單元，用于根據(jù)離靠泊作業(yè)參數(shù)判斷是否結(jié)束離靠泊作業(yè)，如果否，重新獲取 像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ，再次離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算，直到離靠 泊作業(yè)結(jié)束;如果是，則結(jié)束計(jì)算。
[0043] 進(jìn)一步地，所述離靠泊作業(yè)參數(shù)包括：
[0044]入泊角β、船艏與岸線距離Lb、船艉與岸線距離Ls、船艏相對(duì)于岸線的橫向速度Vb、 船艉相對(duì)于岸線的橫向速度Vs。
[0045] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算單元根據(jù)如下公式計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)：
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051 ] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算單元計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuY uZu至像機(jī)坐標(biāo)系OcHZc的平 移向量[Tx Ty Τζ]τ的過(guò)程具體包括：
[0052]根據(jù)圖像坐標(biāo)系I-XY和像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZ c的定義，通過(guò)像機(jī)標(biāo)定獲取圖像主點(diǎn) (Cx，Cy )、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距Fy;
[0053] 計(jì)算位姿中間變量ei、e3、e4、e6、 e7;
[0054] 根據(jù)圖像主點(diǎn)（Cx，Cy)、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距F y以及位姿中間變量，計(jì)算 計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[Tx Ty Τζ]τ。
[0055] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算單元計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-Xb YbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u的歐
拉角P r of的過(guò)程具體包括：
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 本發(fā)明有益效果如下：
[0067]本發(fā)明保證岸上標(biāo)識(shí)能夠在有限的像機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)成像，放寬了對(duì)像機(jī)視場(chǎng)、船 岸位姿關(guān)系的約束，提高了離靠泊參數(shù)解算精度;計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小。
[0068] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書(shū)中變 得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明 書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0069] 附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖 中，相同的參考符號(hào)表不相同的部件。
[0070] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例方法的流程示意圖；
[0071 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述方法中，離靠泊作業(yè)場(chǎng)景的示意圖；
[0072]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并 與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0074]如圖1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算方法的 流程示意圖，具體可以包括下列步驟：
[0075] 步驟101:建立船體坐標(biāo)系0b-XbYbZb、圖像坐標(biāo)系I-XY、像機(jī)坐標(biāo)系Oc-X cYcZc和標(biāo)識(shí) 源坐標(biāo)系Ou-XuYuZu 〇
[0076] 各坐標(biāo)系的定義如下：
[0077] 船體坐標(biāo)系Ob-Xb YbZb:原點(diǎn)Ob位于船體質(zhì)心，Xb軸指向船舶的右舷，Yb軸指向船艏， Zb軸垂直于甲板平面向上，與Xb軸和Yb軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。
[0078] 圖像坐標(biāo)系I-XY:原點(diǎn)I位于圖像的左上角點(diǎn)，X軸沿水平方向指向右，Y軸沿豎直 方向指向下。
[0079] 像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc:原點(diǎn)Oc位于像機(jī)光心，X c軸和Yc軸分別與圖像坐標(biāo)系的X軸 和Y軸平行，Z。軸沿像機(jī)光軸，與平面圖像垂直。
[0080] 標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZu:原點(diǎn)O u位于泊位參考點(diǎn)，Xu軸垂直于碼頭前沿線，與靠泊 方向一致，Zu垂直于碼頭地面向上，Y u通過(guò)右手坐標(biāo)系確定。
[0081] 步驟102:根據(jù)步驟101關(guān)于圖像坐標(biāo)系I-XY和像機(jī)坐標(biāo)系0。^。2。的定義，通過(guò) 像機(jī)標(biāo)定獲取圖像主點(diǎn)(Cx，C y)、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距Fy。
[0082] 其中，Cx、Cy、Fx和Fy均為正實(shí)數(shù)。
[0083] 步驟103:根據(jù)步驟101關(guān)于標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuY uZu的定義，獲得Ou-YuZu平面內(nèi)各 個(gè)標(biāo)識(shí)Pi(i = l，2,3,. . .，n)的坐標(biāo)(Oyi zi)T。
[0084] 其中，η為標(biāo)識(shí)個(gè)數(shù)，為正整數(shù)且不小于4;yi、Zl(i = l，2,3,. . .，n)為正實(shí)數(shù)。
[0085] 步驟104:測(cè)量船艏參考點(diǎn)與船艉參考點(diǎn)的距離L，以及像機(jī)安裝位置與船艏參考 點(diǎn)的距離L c。
[0086] 其中，L和Lc均為正實(shí)數(shù)。
[0087]步驟105:獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ。
[0088] 其中，P表示像機(jī)光軸與北向的夾角，取值為〇<P<2jt，當(dāng)光軸與北向重合時(shí)為〇， 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)逐漸增大;S表示像機(jī)光軸與水平面的夾角，取值為向上為正。
[0089] 步驟106:對(duì)各個(gè)標(biāo)識(shí)P1Q = I，2,3，. . .，n)在圖像中的像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行提取，記為 (xt V,.)7 (/ = 1,2,3,../?)
[0090] 其中，足和.?,均為正實(shí)數(shù)。
[0091] 步驟107:對(duì)位姿中間變量的、62、的、以、65、創(chuàng)、的、68進(jìn)行計(jì)算，分如下兩種情況：
[0092] ( I)當(dāng)標(biāo)識(shí)源個(gè)數(shù)為4,即步驟103中的Π = 4時(shí)，61、62、63、64、65、66、67、68采用公式 (1) 進(jìn)行計(jì)算：
[0093；
CD
[0094]其中，
yi、zi、^、另（i = l，2,3,4)通過(guò)步驟103和步驟106確定。
[0095] (II)當(dāng)標(biāo)識(shí)源個(gè)數(shù)大于4,即步驟三中的n>4時(shí)，61、62、63、64、65、66、67、68采用公式 (2) 進(jìn)行計(jì)算：
[0096]
^ 2)
[0097]
yi、zi、^·、^(i = I，2，3，. . .，n)通過(guò)步驟103和步驟106確定，在后續(xù)計(jì)算中，只用到ei、e3、 Θ4、Θ6、Θ7這五個(gè)量。
[0098] 步驟108:計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[Tx Ty Τζ]τ，計(jì)算公式如下：
[0102] 其中，61、63、64、66、67由步驟106確定，(^;上而由步驟102確定。[0103] 步驟109:計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-X uYuZu的歐拉角
[0099]
[0100]
[0101]
[0114] 步驟110:計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)，包括入泊角β、船艏與岸線距離LB、船艉與岸線距 離LS、船艏相對(duì)于岸線的橫向速度V B、船艉相對(duì)于岸線的橫向速度VS，計(jì)算公式如下：
[0115]
[0116]
[0117]
[0118]
[0119]
[0120] 其中，L和L。由步驟四確定，P和δ由步驟五確定，Tx、Ty、T z由步驟八確定，P由步驟 109確定。
[0121] 步驟111:通過(guò)步驟101至步驟110完成第一次離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算后，判斷是否結(jié) 束離靠泊作業(yè)（當(dāng)船艏與岸線距離、船艉與岸線距離均為零時(shí)，結(jié)束離靠泊作業(yè)），如果否， 返回到步驟105進(jìn)行后續(xù)時(shí)刻離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算;如果是，則結(jié)束計(jì)算。
[0122] 為了便于理解本發(fā)明實(shí)施例所述方法，以下將以一具體實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。
[0123] 如圖2所示，圖2為本實(shí)例中離靠泊作業(yè)場(chǎng)景的示意圖，像機(jī)1安裝在船的右舷，其 拍攝角度通過(guò)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)調(diào)整，像機(jī)1每隔1秒對(duì)岸上標(biāo)識(shí)進(jìn)行一次成像，離靠泊作業(yè)參數(shù)的 更新頻率為IHz，船從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始實(shí)施右舷靠泊，初始時(shí)刻船艏參考點(diǎn)2與岸線距離為 16.2米，船艉參考點(diǎn)3與岸線距離為29.3米。
[0124] 基于圖2所示場(chǎng)景，進(jìn)行離靠泊作業(yè)的過(guò)程具體可以包括：
[0125] 步驟一、建立船體坐標(biāo)系0b-XbYbZ b、圖像坐標(biāo)系I-XY、像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZ c和標(biāo)識(shí) 源坐標(biāo)系〇U-XUYUZu。各坐標(biāo)系的定義如下：
[0126] 船體坐標(biāo)系Ob-Xb YbZb:原點(diǎn)Ob位于船體質(zhì)心，Xb軸指向船舶的右舷，Yb軸指向船艏， Zb軸垂直于甲板平面向上，與Xb軸和Yb軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。
[0127] 圖像坐標(biāo)系I-XY:原點(diǎn)I位于圖像的左上角點(diǎn)，X軸沿水平方向指向右，Y軸沿豎直 方向指向下。
[0128] 像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc:原點(diǎn)Oc位于像機(jī)光心，X c軸和Yc軸分別與圖像坐標(biāo)系的X軸 和Y軸平行，Z。軸沿像機(jī)光軸，與平面圖像垂直。
[0129] 標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZu:原點(diǎn)O u位于泊位參考點(diǎn)，Xu軸垂直于碼頭前沿線，與靠泊 方向一致，Zu垂直于碼頭地面向上，Y u通過(guò)右手坐標(biāo)系確定。
[0130] 步驟二、根據(jù)步驟一關(guān)于圖像坐標(biāo)系I-XY和像機(jī)坐標(biāo)系0。^。2。的定義，通過(guò)像 機(jī)標(biāo)定獲取圖像主點(diǎn)(Cx，Cy )、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距Fy。
[0131] 其中，Cx、Cy、Fx和F y均為正實(shí)數(shù)。
[0132] 在本實(shí)施例中，Cx和Cy均為300像素，F(xiàn)x和F y均為200像素。
[0133] 步驟三、根據(jù)步驟一關(guān)于標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-Xu YuZu的定義，獲得Ou-YuZu平面內(nèi)各個(gè) #KPi(i = l，2,3，...，n；^*#(0yiZi)T。
[0134] 其中，η為標(biāo)識(shí)個(gè)數(shù)，為正整數(shù)且不小于4;yi、Zl(i = l，2,3,. . .，n)為正實(shí)數(shù)。
[0135] 在本實(shí)施例中，岸上標(biāo)識(shí)的安裝如圖3所示，η = 4;yi = 2米，Zi = I米;y2 = 3米，Z2 = 6米；y3 = 6米，Z3 = 5米；y4 = 7米，Z4= 2米。
[0136] 步驟四、測(cè)量船艏參考點(diǎn)2與船艉參考點(diǎn)3的距離L，以及像機(jī)安裝位置與船艏參考 點(diǎn)1的距離U。
[0137] 其中，L和Lc均為正實(shí)數(shù)。
[0138] 在本實(shí)施例中，L=150米，Lc = 50米。
[0139] 步驟五、獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ。
[0140] 其中，P表示像機(jī)光軸與北向的夾角，取值為0<P<2jt，當(dāng)光軸與北向重合時(shí)為〇， 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)逐漸增大;S表示像機(jī)光軸與水平面的夾角，取值為-
句上為正。
[0141] 在本實(shí)施例中，Ρ = 85°，δ = 〇。
[0142] 步驟六、對(duì)各個(gè)標(biāo)識(shí)P1Q = Ijj, . . .，η)在圖像中的像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行提取，記為 {xt V )7 (/ = 1,2,3,,..,?)...
[0143] 其中，鳥(niǎo)和免.均為正實(shí)數(shù)。
[0144] 在本實(shí)施例中，·^=2660像素，另=]480像素；毛=2640像素，艿=1380像素； .?= 258〇像素，艿=HOO像素;i4= 256〇像素，夕4 = Μ?Ο像素。
[0145] 步驟七、對(duì)位姿中間變量ei、e2、e3、e4、e 5、e6、e7、e8進(jìn)行計(jì)算，分如下兩種情況：
[0146] (I)當(dāng)標(biāo)識(shí)源個(gè)數(shù)為4，即步驟三中的η = 4時(shí)：
[0152]在本實(shí)例中，采用（I)的方法進(jìn)行計(jì)算，ei = -20、e2 = 0、e3 = 2700、e4 = 0、e5 = -20、 e6= 1500、e7 = 0、e8 = 0〇
[0153] 步驟八、計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[Tx Ty Tz ]τ，計(jì)算公式如下：
[0154]
[0155]
[0156]
[0157] 其中，ei、e3、e4、e6、e7由步驟六確定，0\、〇7、?\、？7由步驟二確定。
[0158] 在本實(shí)例中，通過(guò)式(22)-式(24)計(jì)算得Tx=120米，Ty = 60米，Tz = IO米。
[0159] 步驟九、計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob_XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZu的歐拉角/於). :， 計(jì)算公式如下：
[0160]
[0161]
[0162]
[0163]
[0164]
[0165]
[0166]
[0167]
[0168]
[0169]
[0170] 在本實(shí)施例中，通過(guò)式(25)-式(33)計(jì)算得θ = 〇, γ =0, P =
[0171]步驟十、計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)，包括入泊角β、船艏與岸線距離Lb、船艉與岸線距離 Ls、船艏相對(duì)于岸線的橫向諫度Vr、船艉相對(duì)于岸線的橫向諫度Vs，計(jì)筧公式如下：
[0172]
[0173]
[0174]
[0175]
[0176] Vs =.LS (38)
[0177] 其中，L和Lc由步驟四確定，P和δ由步驟五確定，Tx、T y、Tz由步驟八確定，P由步驟九 確定。
[0178] 在本實(shí)施例中，經(jīng)式（34)-式（38)計(jì)算得β = 5°，Lb=16.06米，Ls = 29.14米，Vb = 0.14米/秒，Vs = O. 16米/秒。
[0179] 步驟十一、通過(guò)步驟一至步驟十完成第一次離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算后，判斷是否結(jié) 束離靠泊作業(yè)，如果否，返回到步驟五進(jìn)行后續(xù)時(shí)刻離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算;如果是，則結(jié)束 計(jì)算。
[0180] 接下來(lái)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所述裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0181] 構(gòu)建單元，用于預(yù)先建立船體坐標(biāo)系0b-XbYbZb、圖像坐標(biāo)系I-XY、像機(jī)坐標(biāo)系O c-XcYcZc和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u;
[0182] 測(cè)量單元，用于測(cè)量船艏參考點(diǎn)與船艉參考點(diǎn)的距離L，以及像機(jī)安裝位置與船艏 參考點(diǎn)的距離Lc;
[0183] 獲取單元，用于獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ;
[0184] 計(jì)算單元，用于計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[T x Ty Τζ]τ;以及計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系O u-XuYuZu的歐拉聲
以及 根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)，該離靠泊作業(yè)參數(shù)包括:入泊角β、船艏與岸線距離Lb、 船艉與岸線距離Ls、船艏相對(duì)于岸線的橫向速度Vb、船艉相對(duì)于岸線的橫向速度Vs。
[0185] 該計(jì)算單元的具體計(jì)算過(guò)程主要包括：
[0186] 計(jì)算單元計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系0。-?(。￥。2。的平移向量[1\丁7 Τζ]τ：
[0187] 根據(jù)圖像坐標(biāo)系I-XY和像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的定義，通過(guò)像機(jī)標(biāo)定獲取圖像主點(diǎn) (C x，Cy )、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距Fy;
[0188] 計(jì)算位姿中間變量ei、e3、e4、e 6、e7;
[0189] 根據(jù)圖像主點(diǎn)（Cx，Cy)、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距F y以及位姿中間變量，計(jì)算 計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-XuYuZ u至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[Tx Ty Τζ]τ。
[0190] 計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系Ou-Xu YuZu的歐拉：

[0191]
[0192]
[0193]
[0194]
[0195]
[0196]
[0197]
[0198]
[0199]
[0200]
[0201]
[0202]
[0203]
[0204]
[0205]
[0206]
[0207] 對(duì)于計(jì)算單元的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，由于上述方法中已有詳細(xì)說(shuō)明，故此處不再贅述。
[0208] 判斷單元，用于根據(jù)離靠泊作業(yè)參數(shù)判斷是否結(jié)束離靠泊作業(yè)，如果否，重新獲取 像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ，觸發(fā)獲取單元重新獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo) 識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角S，計(jì)算單元再次進(jìn)行離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算，直到離靠 泊作業(yè)結(jié)束;如果是，則結(jié)束計(jì)算。
[0209] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝置， 一是考慮了離靠泊作業(yè)參數(shù)與像機(jī)航向角及俯仰角的耦合關(guān)系，允許離靠泊作業(yè)過(guò)程中手 動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整像機(jī)角度，保證岸上標(biāo)識(shí)能夠在有限的像機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)成像，放寬了對(duì)像機(jī) 視場(chǎng)、船岸位姿關(guān)系的約束，提高了離靠泊參數(shù)解算精度;二是給出了基于四個(gè)及四個(gè)以上 共面標(biāo)識(shí)源的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算方法，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，減小了實(shí)時(shí)運(yùn)算對(duì)計(jì)算 機(jī)資源的要求。
[0210] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法的全部或部分流程，可以通過(guò)計(jì) 算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。其中，所 述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)為磁盤(pán)、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體等。
[0211]雖然已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求 所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本申請(qǐng)的范 圍不僅限于說(shuō)明書(shū)所描述的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通 技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí) 施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來(lái)要被開(kāi)發(fā)的過(guò)程、設(shè)備、 手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過(guò)程、設(shè)備、手 段、方法或者步驟。
[0212]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于機(jī)器視覺(jué)的離靠泊作業(yè)參數(shù)計(jì)算裝置，其特征在于，包括： 構(gòu)建單元，用于預(yù)先建立船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb、圖像坐標(biāo)系I-XY、像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcY cZc 和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系0u_XuYuZu ; 測(cè)量單元，用于測(cè)量船艏參考點(diǎn)與船艉參考點(diǎn)的距離L，以及像機(jī)安裝位置與船艏參考 點(diǎn)的距離Lc; 獲取單元，用于獲取像機(jī)對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角h 計(jì)算單元，用于計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系〇u-XuYuZu至像機(jī)坐標(biāo)系0 C-XCYCZC的平移向量[Tx Ty Τζ]τ;以及計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系〇u-xuY uzu的歐拉角(0，爐f ;以及根 據(jù)上述參數(shù)計(jì)算離靠泊作業(yè)參數(shù)； 判斷單元，用于根據(jù)離靠泊作業(yè)參數(shù)判斷是否結(jié)束離靠泊作業(yè)，如果否，重新獲取像機(jī) 對(duì)岸上標(biāo)識(shí)成像時(shí)刻的像機(jī)航向角P與俯仰角δ，觸發(fā)獲取單元，直到離靠泊作業(yè)結(jié)束;如果 是，則結(jié)束計(jì)算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述離靠泊作業(yè)參數(shù)包括： 入泊角β、船艏與岸線距離Lb、船艉與岸線距離Ls、船艏相對(duì)于岸線的橫向速度VB、船艉 相對(duì)于岸線的橫向速度Vs。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元根據(jù)如下公式計(jì)算離靠泊作 業(yè)參數(shù)： β-φ LB = TxC〇sp+Tysinpsin5+Tzsinpcos5-LcsinP Ls = LB+Lsin0 ^ = 4 ο4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元計(jì)算標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系0U-XUYUZ U 至像機(jī)坐標(biāo)系OdYcZc的平移向量[Tx Ty 1^的過(guò)程具體包括： 根據(jù)圖像坐標(biāo)系I-XY和像機(jī)坐標(biāo)系Oc-Xc^Z。的定義，通過(guò)像機(jī)標(biāo)定獲取圖像主點(diǎn)（cx, Cy)、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距Fy; 計(jì)算位姿中間變量ei、Θ3、Θ4、Θ6、Θ7 ; 根據(jù)圖像主點(diǎn)（Cx，Cy)、橫向等效焦距Fx、縱向等效焦距F y以及位姿中間變量，計(jì)算計(jì)算 標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系〇u-XuYuZu至像機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的平移向量[T x Ty Τζ]τ。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算單元計(jì)算船體坐標(biāo)系Ob-XbYbZb和 標(biāo)識(shí)源坐標(biāo)系〇u-XuYuZu的歐拉角@ 的過(guò)程具體包括： 9. sin_1[ (r6sin5+r2C〇s5)cosp-r4sinp]其中，1"1、12、^4、^6通過(guò)以下公式確定：
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK106056621SQ201610424343
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王清哲, 趙甲文, 王宇, 王玉璽, 白曉勇
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院