CN105752848A - 基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，用于检测双起升双吊具桥吊的摆角情况，其包含：小车机构，其设置在大车机构上，其包含一对起升电机，每个所述的起升电机分别通过一转轴驱动一对吊绳；一对吊具，各个吊具顶部分别与对应的一对吊绳连接；一对全景摄像装置，每个全景摄像装置分别包含一设置在对应的各个吊具顶部的全景摄像头；一对信号处理装置，每个信号处理装置分别连接对应的各个全景摄像装置。其优点是：通过全息摄像装置来采集负载在三维空间内的位置信息，经过计算机信号处理以获得桥吊的摆角信息，具有结构简单，价格低廉，测量精度高的优点。

Description

基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统及其方法

技术领域

本发明涉及视觉检测技术领域，具体涉及一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统及其方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对于桥吊的工作效率要求越来越高，桥吊的作业能力是一个港口货物进出能力的重要标志。与传统的桥吊相比，双起升双吊具桥吊是一种新型的高效率高效益的吊具，其作业过程中，由于桥吊的运动会引起两个负载的摆动，这会大大降低桥吊的工作效率，那么如何做好双起升双吊具桥吊的防摇工作越来越受到人们的重视。

现有桥吊负载空间位置的检测技术多是针对单吊具的，且其使用的测量仪器过于昂贵，测量过程中外界的环境影响了检测数据的准确性，例如，利用电场电容测量摆角及距离的装置易收到外界电器工作时产生的电场干扰，造成测量误差影响桥吊的工作效率；而在测量过程中，若是器件损坏，则需整体更换测量装置，这即给测量工作带来不便又浪费了资源。

与单吊具相比，双吊具桥吊的结构更加复杂，这也增加了桥吊在作业过程中负载摆角测量的复杂程度，虽然在狭小的驾驶室里，有经验的桥吊司机能够透过透明板掌控集装箱的位置，然而，在双吊具桥吊的使用中，货物负载的防摇又是提高桥吊工作效率的一个关键因素，如何以低成本实现精确的负载摆角监测，成了急需解决的一大难题。

全景摄像头能够一次性收录前后左右各个方向的图像信息，是一种视觉范围很广的特殊镜头，其视觉效果类似于鱼眼观察水面上的景物，其原理依据鱼眼构造，采用物理光学的球面镜投射加反射原理一次性将水平360度、垂直180度的信息成像，再采用硬件自带的软件进行转换，以人眼习惯的方式呈现出画面。如今，由此延伸出的全息摄像技术，其基于PC系统通过对采集图像的数字化分析与处理的技术，将数字技术与全景摄像技术融合，具有三维显示方面的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统及其方法，其通过全息摄像装置来采集负载在三维空间内的位置信息，经过计算机信号处理以获得桥吊的摆角信息，具有结构简单，价格低廉，测量精度高的优点。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，用于检测双起升双吊具桥吊的摆角情况，其特征是，包含：

小车机构，其设置在大车机构上，其包含一对起升电机，每个所述的起升电机分别通过一转轴驱动一对吊绳；

一对吊具，各个吊具顶部分别与对应的一对吊绳连接；

一对全景摄像装置，每个全景摄像装置分别包含一设置在对应的各个吊具顶部的全景摄像头；

一对信号处理装置，每个信号处理装置分别连接对应的各个全景摄像装置，所述的全景摄像装置对桥吊作业时的摆动情况进行记录，得到整个空间的图像信息，图像信息作为记录结果由信号处理装置进行处理并计算得到摆角信息。

上述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其中：

所述小车机构的底部对称设有两组孔位，孔位作为摆角顶点，吊绳由孔位处开始摆动；

在所述小车机构底部的每组孔位的相应位置分别设置一个标定点，各吊具静止时每个所述全景摄像装置分别位于对应标定点的正下方，该标定点作为吊具工作时摆角运动情况的参考。

上述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其中：

每组孔位分别包含2个定位孔，所述的每对吊绳分别从对应的一组孔位的2个定位孔中穿过；

所述的标定点位于对应孔位的2个定位孔的连线的中心。

上述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其中，所述的全景摄像装置还包含：

图像传感器，其输入端连接所述的全景摄像头；

A/D转换器，其输入端连接所述图像传感器的输出端；

数字信号处理芯片，其输入端连接所述A/D转换器的输出端，其输出端连接所述的信号处理装置。

上述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其中：

每个所述的信号处理装置分别包含：对应连接所述全景摄像装置中数字信号处理芯片的计算机，以及连接所述计算机的防摇控制器。

上述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其中，所述的双吊具桥吊摆角检测系统还包含：

显示器，其分别连接所述一对信号处理装置中的计算机。

一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统的检测方法，其特征是，包含如下步骤：

S1、小车机构接收运行命令，桥吊运行，吊具带动吊绳运动，吊绳摆动；

S2、全景摄像装置记录摆动情况，得到整个空间的图像信息；

S3、信号处理装置对图像信息进行处理，计算得到摆角信息。

上述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统的检测方法，其中，所述的步骤S3中计算摆角的方法具体包含：

将吊具处于静止状态时标定点的位置设为XOY平面上的坐标原点，并根据该坐标原点为中心建立XYZ空间坐标系；

设l为桥吊吊绳的长度，桥吊负载的初始状态空间坐标为A(00l)，当桥吊负载因吊绳摆动运动到某一位置时，设其空间坐标为B(abc)；

a²+b²+c²＝l²，

$\stackrel{\→}{OA}=\left(\begin{array}{ccc}0& 0& l\end{array}\right);$

$\stackrel{\→}{OB}=\left(\begin{array}{ccc}a& b& c\end{array}\right);$

$\left|\stackrel{\→}{OA}\right|=l,\left|\stackrel{\→}{OB}\right|=l;$

利用空间角度计算公式即θ为空间内负载摆角值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：通过全息摄像装置来采集负载在三维空间内的位置信息，经过计算机信号处理以获得桥吊的摆角信息，具有结构简单，价格低廉，测量精度高，不受外界因素影响的优点。

附图说明

图1为本发明的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统的整体结构示意图；

图2为本发明的小车机构、吊具以及全景摄像装置的整体结放大构示意图；

图3为全景摄像装置及信号处理装置的原理图；

图4为桥吊摆动时XOY空间内标定点的偏移示意图；

图5为桥吊摆动时XYZ空间内吊具的偏移情况示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，用于检测双起升双吊具桥吊的摆角情况，其包含：小车机构300，其设置在大车机构400上，其包含一对起升电机301，每个所述的起升电机301分别通过一转轴302驱动一对吊绳303，小车机构300由小车驱动机构304驱动，大车机构由大车驱动机构401驱动；一对吊具300，各个吊具300顶部分别与对应的一对吊绳303连接；一对全景摄像装置100，每个全景摄像装置100分别包含一设置在对应的各个吊具300顶部的全景摄像头；一对信号处理装置200，每个信号处理装置200分别连接对应的各个全景摄像装置100，所述的全景摄像装置100对桥吊作业时的摆动情况进行记录，得到整个空间的图像信息，图像信息作为记录结果由信号处理装置200进行处理并计算得到摆角信息，本实施例中，全景摄像装置100与信号处理装置200之间通过导线101与USB串口进行连接，支持热插拔并且传输速度快。

如图2所示，所述小车机构300的底部对称设有两组孔位，孔位作为摆角顶点，吊绳303由孔位处开始摆动；在所述小车机构300底部的每组孔位的相应位置分别设置一个标定点600，各吊具300静止时每个所述全景摄像装置100分别位于对应标定点600的正下方，该标定点600作为吊具300工作时摆角运动情况的参考；每组孔位分别包含2个定位孔3051、3052，所述的每对吊绳303分别从对应的一组孔位的2个定位孔3051、3052中穿过，每对吊绳分别包含第一绳索3031以及第二绳索3032。本实施例中，所述的标定点600位于对应孔位的2个定位孔3051、3052的连线的中心，这种对称排布的方式使得摆动更加稳定，摆角的测量也更加精准。

如图3所示，所述的全景摄像装置100还包含：图像传感器，其输入端连接所述的全景摄像头，景物通过镜头生成光学图像投射到图像传感器表面，将其转换为电信号；A/D转换器，其输入端连接所述图像传感器的输出端，用于将图像传感器转换的电信号变为数字图像信号；数字信号处理芯片DSP，其输入端连接所述A/D转换器的输出端，其输出端连接所述的信号处理装置200，用于对数字图像信号进行加工处理。每个所述的信号处理装置200分别包含：对应连接所述全景摄像装置100中数字信号处理芯片的计算机，以及连接所述计算机的防摇控制器，计算机计算摆角值，防摇控制器用于接收计算机处理后的反馈信号。

本实施例中，所述的双吊具桥吊摆角检测系统还包含：显示器，其分别连接所述一对信号处理装置200中的计算机，显示器位于驾驶室内，便于操作人员根据反馈的摆角信息作出判断并实施相应操作。

在双起升双吊具桥吊的实际工况中，两吊具300即可独立工作也可同步工作，同步工作时，所得的图像信息和信号处理装置处理后的信息理论上应一致，若不同，则可以将异同信号再通过计算机进行处理，使两路信号相互对照进行修订；独立工作模式下，两个吊具300互不影响，信号处理装置200分别测试各自吊具300的摆角情况。

本发明还公开了一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统的检测方法，其包含如下步骤：

S1、小车机构300接收运行命令，桥吊运行，吊具300带动吊绳303运动，吊绳303摆动；

S2、全景摄像装置100记录摆动情况，得到整个空间的图像信息；

S3、信号处理装置200对图像信息进行处理，计算得到摆角信息。

上述的检测方法中，所述的步骤S3中信号处理装置200对图像信息进行处理的是指对全景摄像头中获取的图像信息进行数字图像滤波，并将滤波后的图像进行灰度化色彩图形和点运算，经过图像边缘提取与二值图像处理等操作得到标定点的图像信息；

上述的检测方法中，所述的步骤S3中的计算摆角的方法具体包含：

将标定点600设为在XOY平面上的坐标原点，当吊具300处于静止状态时，此时标定点600在XOY平面上的原点位置，当吊具300在作业过程中发生角度偏移时，标定点600在全景摄像头成像中也发生位置偏移，若按照一定比例将实物与图形进行放缩可得到实际吊具300偏移情况与标定点600在图像中的偏移情况关于坐标原点成中心对称，如图4所示，设标定点600偏移后在XOY平面上的坐标为o’(-a,-b)，则实际偏移情况为o”(a,b)，则可知吊具300在二维图像中的具体摆角位置；

如图5所示，以标定点600为中心，建立x,y,z空间坐标系，当桥吊的吊绳303长度为l时(第一绳索3031和第二绳索3032的长度相当都为l)，即可得到桥吊负载的初始状态空间坐标为A(00l)，当桥吊负载运动到某一位置时，设其空间坐标为B(abc)，且a,b,c满足关系式a²+b²+c²＝l²，又由图4知a,b为已知量，可得向量向量 则利用空间角度计算公式即则可得到空间内负载摆角的θ值。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，用于检测双起升双吊具桥吊的摆角情况，其特征在于，包含：

小车机构(300)，其设置在大车机构(400)上，其包含一对起升电机(301)，每个所述的起升电机(301)分别通过一转轴(302)驱动一对吊绳(303)；

一对吊具(300)，各个吊具(300)顶部分别与对应的一对吊绳(303)连接；

一对全景摄像装置(100)，每个全景摄像装置(100)分别包含一设置在对应的各个吊具(300)顶部的全景摄像头；

一对信号处理装置(200)，每个信号处理装置(200)分别连接对应的各个全景摄像装置(100)，所述的全景摄像装置(100)对桥吊作业时的摆动情况进行记录，得到整个空间的图像信息，图像信息作为记录结果由信号处理装置(200)进行处理并计算得到摆角信息。

2.如权利要求1所述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其特征在于：

所述小车机构(300)的底部对称设有两组孔位，孔位作为摆角顶点，吊绳(303)由孔位处开始摆动；

在所述小车机构(300)底部的每组孔位的相应位置分别设置一个标定点(600)，各吊具(300)静止时每个所述全景摄像装置(100)分别位于对应标定点(600)的正下方，该标定点(600)作为吊具(300)工作时摆角运动情况的参考。

3.如权利要求2所述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其特征在于：

每组孔位分别包含2个定位孔(3051、3052)，所述的每对吊绳(303)分别从对应的一组孔位的2个定位孔(3051、3052)中穿过；

所述的标定点(600)位于对应孔位的2个定位孔(3051、3052)的连线的中心。

4.如权利要求2所述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其特征在于，所述的全景摄像装置(100)还包含：

图像传感器，其输入端连接所述的全景摄像头；

A/D转换器，其输入端连接所述图像传感器的输出端；

数字信号处理芯片，其输入端连接所述A/D转换器的输出端，其输出端连接所述的信号处理装置(200)。

5.如权利要求4所述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其特征在于：

每个所述的信号处理装置(200)分别包含：对应连接所述全景摄像装置(100)中数字信号处理芯片的计算机，以及连接所述计算机的防摇控制器。

6.如权利要求5所述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统，其特征在于，所述的双吊具桥吊摆角检测系统还包含：

显示器，其分别连接所述一对信号处理装置(200)中的计算机。

7.一种基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统的检测方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、小车机构(300)接收运行命令，桥吊运行，吊具(300)带动吊绳(303)运动，吊绳(303)摆动；

S2、全景摄像装置(100)记录摆动情况，得到整个空间的图像信息；

S3、信号处理装置(200)对图像信息进行处理，计算得到摆角信息。

8.如权利要求5所述的基于全息摄像技术的双吊具桥吊摆角检测系统的检测方法，其特征在于，所述的步骤S3中计算摆角的方法具体包含：

将吊具(300)处于静止状态时标定点的位置设为XOY平面上的坐标原点，并根据该坐标原点为中心建立XYZ空间坐标系；

设l为桥吊吊绳(303)的长度，桥吊负载(500)的初始状态空间坐标为A(00l)，当桥吊负载(500)因吊绳(303)摆动运动到某一位置时，设其空间坐标为B(abc)；

$a^2+b^2+c^2=l^2,c=\sqrt{l^2-a^2-b^2};$

$\stackrel{\→}{OA}=\left(\begin{array}{ccc}0& 0& l\end{array}\right);$

$\stackrel{\→}{OB}=\left(\begin{array}{ccc}a& b& c\end{array}\right);$

$\left|\stackrel{\→}{OA}\right|=l,\left|\stackrel{\→}{OB}\right|=l;$

利用空间角度计算公式即θ为空间内负载摆角值。