CN109657518A - 集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质，涉及激光扫描的技术领域，包括：接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标；使用集装箱定位算法将吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系；使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱；如果存在参考集装箱，则从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标；使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定吊具平面、目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及吊具和集装箱的欧拉角。可以获取吊具和集装箱的姿态，实现堆场内的全自动抓放箱。

Description

集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，尤其是涉及一种集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质。

背景技术

随着经济技术的发展，更多的高新技术应用到码头，码头自动化以及成为了目前码头发展的主要目标。而在码头自动化的过程中，码头集装箱抓放已经有从半自动抓放集装箱到全自动化抓放集装箱过度的趋势。激光扫描作为一种目前广泛应用的扫描手段，激光扫描在码头自动化的应用主要是通过在小车上安装激光扫描仪，实现吊运的防撞，而非全自动化抓放集装箱。

目前，实现全自动抓放集装箱的主要方案是在吊具上装摄像头进行图像识别。通过图像识别实现全自动化抓放集装箱易受到外界环境变化的影响，例如：雨、雪等天气下，图像识别的精度就会降低，从而影响全自动抓放集装箱的精度；并且，图像识别无法获取吊具的姿态，从而影响全自动抓放集装箱的精度。

针对上述现有技术中通过图像识别实现全自动化抓放集装箱无法获取吊具的姿态，精度较低的问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质，以获取吊具的姿态，增加精度，实现堆场内的全自动抓放集装箱。

第一方面，本发明实施例提供了一种集装箱激光扫描识别方法，包括：包括：接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标；使用集装箱定位算法将吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系；根据吊具扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；根据集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱；如果存在参考集装箱，则从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标；根据目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及目标集装箱和参考集装箱的欧拉角。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：如果不存在参考集装箱，则从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标；根据目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱正面和目标集装箱侧面的中心点坐标以及目标集装箱正面和目标集装箱侧面的欧拉角。

结合第一方面及其第一种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，平行四边形激光扫描定位算法，包括：求取平面方程的算法、求取等效欧拉角的算法、求取航向角及中心点坐标的算法、求取点在平面的投影的算法、求取相对位姿矩阵的算法和定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，如果存在参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，包括：接收扫描点坐标；根据扫描点坐标，使用求取平面方程的算法确定扫描点平面的平面方程；根据求取点在平面的投影的算法确定扫描点坐标在扫描点平面的平面方程上的投影；根据求取等效欧拉角的算法将扫描点平面的平面方程绕原点旋转，确定等效欧拉角；根据等效欧拉角和求取航向角及中心点坐标的算法确定航向角及中心点坐标；将中心点坐标旋转，根据求取等效欧拉角的算法确定扫描点平面的中心点坐标和对应的欧拉角。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，如果存在参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，还包括：根据求取相对位姿矩阵的算法确定相对位姿矩阵。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，如果不存在参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，包括：接收正面扫描点坐标和侧面扫描点坐标；根据正面扫描点坐标和侧面扫描点坐标，分别使用求取平面方程的算法确定正面和侧面的平面方程；确定正面法向矢量和侧面法向矢量的角度；根据定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法确定欧拉角。

结合第一方面及其第一种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，通过集装箱定位算法将不同平面转换为同一个坐标系的方法，包括：获取多个坐标；以其中一个坐标为原点，并确定坐标的坐标系与世界坐标系的旋转矩阵；确定其余坐标对原点的位置矢量；根据位置矢量和旋转矩阵，将所有坐标转换在世界坐标系。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，吊具扫描点坐标的数量至少为4个；吊具扫描点坐标通过至少2个激光扫描仪扫描吊具上的至少2个参考板得到。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，目标集装箱扫描点坐标、参考集装箱扫描点坐标、目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标的数量均至少为4个。

第二方面，本发明实施例还提供一种集装箱激光扫描识别装置，包括：坐标接收模块，用于接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标；吊具计算模块，用于根据吊具扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；集装箱判断模块，用于根据集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱；坐标提取模块，用于如果存在参考集装箱，则从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标；集装箱计算模块，用于根据目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及目标集装箱和参考集装箱的欧拉角；坐标系转换模块，用于根据吊具平面、目标集装箱平面以及参考集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角，使用集装箱定位算法将吊具平面、目标集装箱平面和参考集装箱平面转换为同一个坐标系。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面及其各可能的实施方式之一提供的方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行第一方面及其各可能的实施方式之一提供的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质，通过平行四边形激光扫描定位算法获取吊具的姿态，当存在参考集装箱时，通过平行四边形激光扫描定位算法获取目标集装箱和参考集装箱的姿态，并通过集装箱定位算法统一坐标系，可以获取吊具和集装箱的姿态，增加精度，实现堆场内的全自动抓放集装箱。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种集装箱激光扫描识别方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种集装箱激光扫描识别一般工况的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种激光扫描仪分布示意图；

图4为本发明实施例提供的一种存在参考集装箱情况下的集装箱激光扫描识别方法的示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种集装箱激光扫描识别方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种不存在参考集装箱情况下的集装箱激光扫描识别方法的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种集装箱激光扫描识别装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，激光扫描在码头自动化的应用主要是通过在小车上安装激光扫描仪，实现吊运的防撞，而非全自动化抓放集装箱，实现全自动抓放集装箱的主要方案是在吊具上装摄像头进行图像识别。通过图像识别实现全自动化抓放集装箱易受到外界环境变化的影响，例如：雨、雪等天气下，图像识别的精度就会降低，从而影响全自动抓放集装箱的精度；并且，图像识别无法获取吊具的姿态，从而影响全自动抓放集装箱的精度。基于此，本发明实施例提供的一种集装箱激光扫描识别方法、装置、电子设备及可读介质，通过平行四边形激光扫描定位算法获取吊具的姿态，当存在参考集装箱时，通过平行四边形激光扫描定位算法获取目标集装箱和参考集装箱的姿态，并通过集装箱定位算法统一坐标系，可以获取吊具和集装箱的姿态，增加精度，实现堆场内的全自动抓放集装箱。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种集装箱激光扫描识别方法进行详细介绍。

实施例1

本发明实施例1提供了一种集装箱激光扫描识别方法，参见图1所示的一种集装箱激光扫描识别方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S102，接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标。

激光扫描仪至少为两个，典型的使用四个，分别安装在小车下方的四个角上，在所有扫描仪中，有2个扫描仪的扫描方向是平行的，其余的扫描仪的扫描方向需保证所有扫描仪的扫描方向不能全部平行，至少需要有三个扫描仪的扫描方向相互相交，需要保证所有扫描仪扫描出来的点能构成不同的平面，而不会只在一个平面中。因此，吊具扫描点坐标的数量至少为4个；吊具扫描点坐标通过至少2个激光扫描仪扫描吊具上的至少2个参考板得到。

参见图2所示的一种集装箱激光扫描识别一般工况的示意图，如图2所示，上方的集装箱为目标集装箱，下方的三个集装箱为参考集装箱，目标集装箱的上方为吊具，即目标集装箱被吊具抓取，左上角为正视图，右上角为侧视图，左下角为俯视图，右下角为示意图。

当激光扫描仪的数量为四个时，参见图3所示的一种激光扫描仪分布示意图，如图3所示，激光扫描仪做从左到右依次为C1、C4、C3、C2，W代表了C1、C4、C3、C2各自的坐标系，图3中标明了C1、C3、C2的扫描线，下方共有四个集装箱，最上边的集装箱为目标集装箱，下方的三个集装箱为参考集装箱；目标集装箱是指本次操作需要通过吊具抓取的集装箱，参考集装箱是指本次操作不需要通过吊具抓取，用于当做目标集装箱参照物的集装箱。可以看出，C1的扫描线既经过目标集装箱，也经过吊具和参考集装箱，吊具上具有两个三角形的参考版，C1的扫描线与吊具的左侧的参考版的边线的交点为P1、P2，与参考集装箱的边线的交点为P5、P8；C3的扫描线与吊具的右侧的参考版的边线的交点为P3、P4；C2的扫描线与参考集装箱的边线的交点为P6、P7。其中，C1和C3的扫描线平行，且二者均不与C2的扫描线平行。

吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标由扫描仪扫描得到，如图3所示，P1、P2、P3、P4为吊具扫描点坐标，P5、P6、P7、P8为集装箱扫描点坐标。

步骤S104，使用集装箱定位算法将吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系。

吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标，不处在同一个坐标系下，为了方便之后的计算需要转换为同一个坐标系，通过集装箱定位算法将他们转换为同一个坐标系，以达到扫描定位的目的。

步骤S106，根据吊具扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；

根据扫描点坐标就可以构成吊具平面，通过用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角。如果是图3所示的情况，就是根据P1、P2、P3、P4的坐标构建吊具平面，并且由平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角。

步骤S108，根据集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱。如果存在参考集装箱，则执行步骤S110。

通过采集的集装箱扫描点坐标，可以判断是否存在参考集装箱。存在参考集装箱，是指在目标集装箱周围存在其他集装箱；不存在参考集装箱，是指在目标集装箱不存在其他集装箱。这两种情况下集装箱扫描点坐标的数量不同，因此可以进行判断。对于这两种情况，采用不同的方法扫描识别。

步骤S110，从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标。

目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标的数量均至少为四个。如果存在参考集装箱，首先需要对集装箱扫描点坐标进行提取，分离得到目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标。参考图4所示的一种存在参考集装箱情况下的集装箱激光扫描识别方法的示意图，如图4所示，扫描仪C1的扫描线与参考集装箱的边线的交点为P5、P8，与目标集装箱的边线的交点为P2；扫描仪C4的扫描线与目标集装箱的边线的交点为P1、P3；扫描仪C3的扫描线与目标集装箱的边线的交点为P4；扫描仪C2的扫描线与参考集装箱的边线的交点为P6、P7，即目标集装箱扫描点坐标为P1、P2、P3、P4的坐标，参考集装箱扫描点坐标为的坐标P5、P6、P7、P8。

步骤S112，根据目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及目标集装箱和参考集装箱的欧拉角。

使用平行四边形激光扫描定位算法分别计算由目标集装箱扫描点坐标构成目标集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角，和由参考集装箱扫描点坐标构成参考集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角。对于图4的情况，就是由P1、P2、P3、P4的坐标构建目标集装箱平面，并计算目标集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角；由P5、P6、P7、P8的坐标构建参考集装箱平面，并计算参考集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角。

本发明实施例提供的上述方法，通过平行四边形激光扫描定位算法获取吊具的姿态，当存在参考集装箱时，通过平行四边形激光扫描定位算法获取目标集装箱和参考集装箱的姿态，并通过集装箱定位算法统一坐标系，可以获取吊具和集装箱的姿态，增加精度，实现堆场内的全自动抓放集装箱。

上述方法说明了存在参考集装箱时集装箱激光扫描识别方法，如果不存在参考集装箱，参见图5所示的另一种集装箱激光扫描识别方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S502，如果不存在参考集装箱，则从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标。

目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标的数量均至少为4个。在根据集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱的步骤之后，如果判断不存在参考集装箱，则需要从装箱扫描点坐标提取目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标。参见图6所示的一种不存在参考集装箱情况下的集装箱激光扫描识别方法的示意图，如图6所示，扫描仪C1的扫描线与吊具的参考版的边线的交点为P1、P2，与目标集装箱的侧面边线的交点为P5、P8；扫描仪C3的扫描线与吊具的参考版的边线的交点为P3、P4；扫描仪C2的扫描线与目标集装箱的侧面边线的交点为P6、P7。这样，可以认为目标集装箱正面扫描点坐标就是P1、P2、P3、P4；目标集装箱侧面扫描点坐标为P5、P6、P7、P8。

步骤S504，根据目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱正面和目标集装箱侧面的中心点坐标以及目标集装箱正面和目标集装箱侧面的欧拉角。

使用平行四边形激光扫描定位算法分别计算由目标集装箱正面扫描点坐标构成目标集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角，和由目标集装箱侧面扫描点坐标构成参考集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角。对于图6的情况，就是由P1、P2、P3、P4的坐标构建目标集装箱正面，并计算目标集装箱正面的中心点坐标和对应的欧拉角；由P5、P6、P7、P8的坐标构建目标集装箱侧面，并计算目标集装箱侧面的中心点坐标和对应的欧拉角。

本发明实施例提供的上述方法，在不存在参考集装箱的情况下，通过平行四边形激光扫描定位算法获取目标集装箱正面和目标集装箱侧面的姿态。

平行四边形激光扫描定位算法是一种求取平面的中心点坐标和对应的欧拉角的算法，包括：求取平面方程的算法、求取等效欧拉角的算法、求取航向角及中心点坐标的算法、求取点在平面的投影的算法、求取相对位姿矩阵的算法和定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法。下面对平行四边形激光扫描定位算法进行说明：

(1)求取平面方程的算法

1)平面法向矢量为(U，V，W)，对应的平面方程为Ux|vy|Wz Q-0；其中：U²+V²+W²＝1。

2)扫描获取的点为(x_i，y_i，z_i)；点到平面的距离记为Q_t，Q_i＝|Ux_i+Vy_i+Wz_i-Q|；令：令：

3)欧拉旋转矩阵为：R＝R_zR_yR_x， 问题的目标方程为：conditon：U²+V²+W²＝1。等价于问题：可得： (U，V，W)为最小的特征值所对应的特征向量。

(2)求取等效欧拉角的算法

对于平面法线矢量为(a，b，c)，令：R＝R_yR_x为旋转矩阵，则：可得：

(3)求取航向角及中心点坐标的算法

矩形四条边l₁，l₂，l₃，l₄。l₁上的点为p₁₁，p₁₂，…，p_1i。l₂上的点为p₂₁，p₂₂，…，p_2i。l₃上的点为p₃₁，p₃₂，…，p_3i。l₄上的点为p₄₁，p₄₂，…，p₄₁。矩形中心坐标为P₀(x₀，y₀)，边长为a，b；a＞b，边线方程为：l₁：Ax+By-P＝0，l₂：Ay-Bx-P＝0；l₂：Ax+By-P-a＝0，l₄：Ay-Bx-P-b＝0；其中：A²+B²＝1。l₁上到C₁的距离为：d_1i＝|Ax_1i+By_1i-P|；l₂上到C₂的距离为：d_2i＝|Ay_2i-By_2i-M|；l₃上到C₃的距离为：d_3i＝|Ax_3i+By_3i-P-a|；l₄上到C₄的距离为：d_4i＝|Ay_4i-By_4i-M-b|；建立数学模型：

等价于问题：

可得：

令：

将上式代入得：

代入模型可得：令：

可得：

即：

令：

综上可得：AR₁₁+BR₁₂+K₁-μA，AR₂₁+BR₂₂+K₂-μB，

或：通过由于A∈[-1，1]通过搜索可得到A的值。航向角为：中心点坐标为：

(4)求取点在平面的投影的算法

平面法向矢量为(A，B，C)，对应的平面方程为Ax+By+Cz-P＝0；其中：A²+B²+c²＝1，点(xⁱ，yⁱzⁱ)^F的投影：坐标为：式中：t-Axⁱ|Byⁱ|CzⁱP。

(5)求取相对位姿矩阵的算法

在t时刻令目标集装箱位姿矩阵为参考集装箱位姿矩阵为吊具位姿矩阵为在k时刻k＞t令目标集装箱位姿矩阵为参考集装箱位姿矩阵为吊具位姿矩阵为令由：则，可得：定义：为实时变换矩阵。

(6)定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法

采用X-Y-Z欧拉旋转，欧拉旋转矩阵如下：

用两个角和表示一个旋转轴的位置(这里认为旋转轴是个单位向量)可表示为：可得到旋转矩阵：可得欧拉角为：

集装箱定位算法用于转换坐标系，下面对集装箱定位算法进行说明：以扫描仪C2原点位置为(0，0)，其扫描仪坐标系与世界坐标系的旋转矩阵为R_wo，C1相对C2的原点位置矢量为C3相对C2的原点位置矢量为C4相对C2的原点位置矢量为小车平台为刚性平台。

由C2扫描得到的点为W中的坐标为：

由C1扫描得到的点为W中的坐标为：

由C3扫描得到的点为W中的坐标为：

由C4扫描得到的点为W中的坐标为：

是否存在参考箱会导致算法应用的不同。其中，如果存在参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，包括：

(1)接收扫描点坐标。

(2)根据扫描点坐标，使用求取平面方程的算法确定扫描点平面的平面方程。可解算目标集装箱平面方程为：A_Sx|B_Sy|C_Sz P_S-0。

(3)根据求取点在平面的投影的算法确定扫描点坐标在扫描点平面的平面方程上的投影。可解算得到P1，P2，P3，P4在目标平面上的投影：坐标矩阵为：

(4)根据求取等效欧拉角的算法将扫描点平面的平面方程绕原点旋转，确定等效欧拉角。可将A_Sx|B_Sy|C_Sz PS＝0，绕原点旋转R^-1，旋转后，旋转屏幕方程为：A_Zx+B_Zy+C_Zz-P _S ＝0。其中，旋转矩阵为：其中：

(5)根据等效欧拉角和求取航向角及中心点坐标的算法确定航向角及中心点坐标。P^Z代入即可得到航向角及中心坐标及θ_c。

(6)将中心点坐标旋转，根据求取等效欧拉角的算法确定扫描点平面的中心点坐标和对应的欧拉角。将中心点坐标旋转R，即可得到目标集装箱平面的中心点坐标θ_Z。综上：欧拉角：

可得参考集装箱平面位姿为：综上：欧拉角：

可得吊具位姿为：综上：欧拉角：

步骤S104中计算吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角，步骤S110中计算目标集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角和参考集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角，需要通过上述方法计算。

上述计算方法还包括：根据求取相对位姿矩阵的算法确定相对位姿矩阵。目标集装箱与吊具的相对位姿矩阵为：

同样应用于步骤S106中计算吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角，步骤S112中计算目标集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角和参考集装箱平面的中心点坐标和对应的欧拉角。

如果不存在参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，包括：接收正面扫描点坐标和侧面扫描点坐标；根据正面扫描点坐标和侧面扫描点坐标，分别使用求取平面方程的算法确定正面和侧面的平面方程；确定正面法向矢量和侧面法向矢量的角度；根据定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法确定欧拉角。

可解算目标集装箱侧面所在平面：A_Sx+B_Sy+C_Sz-P_S＝0。吊具上集装箱侧面所在平面：A_Lx+B_Ly+C_Lz-P_L＝0。由目标集装箱侧面法向矢量与吊具集装箱法向矢量形成的角度为：旋转角度为旋转的方向矢量为：再通过定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法确定欧拉角。其中，可以通过角度传感器获取扫描仪的姿态角，用以将所有扫描仪扫描的坐标统一到一个坐标系之中。

步骤S504中计算目标集装箱正面的中心点坐标和对应的欧拉角和目标集装箱侧面的中心点坐标和对应的欧拉角，需要通过上述方法计算。

通过集装箱定位算法将不同平面转换为同一个坐标系的方法，包括：获取多个坐标；以其中一个坐标为原点，并确定坐标的坐标系与世界坐标系的旋转矩阵；确定其余坐标对原点的位置矢量；根据位置矢量和旋转矩阵，将所有坐标转换在世界坐标系。

步骤S104中使用集装箱定位算法将吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系，需要通过上述方法计算。

本发明实施例提供的上述方法，说明了平行四边形激光扫描定位算法和集装箱定位算法的内容和步骤，对于是否存在参考集装箱的不同情况，采用不同的步骤使用平行四边形激光扫描定位算法，并通过集装箱定位算法统一坐标系。

本实施例提供的一种集装箱激光扫描识别方法，通过平行四边形激光扫描定位算法获取吊具的姿态，当存在参考集装箱时，通过平行四边形激光扫描定位算法获取目标集装箱和参考集装箱的姿态，并通过集装箱定位算法统一坐标系；在不存在参考集装箱的情况下，通过平行四边形激光扫描定位算法获取目标集装箱正面和目标集装箱侧面的姿态；说明了平行四边形激光扫描定位算法和集装箱定位算法的内容和步骤，对于是否存在参考集装箱的不同情况，采用不同的步骤使用平行四边形激光扫描定位算法，并通过集装箱定位算法统一坐标系。可以获取吊具和集装箱的姿态，增加精度，实现堆场内的全自动抓放集装箱。

实施例2

本发明实施例2提供一种集装箱激光扫描识别装置，参见图7所示的一种集装箱激光扫描识别装置的结构示意图，包括坐标接收模块71、坐标系转换模块72、吊具计算模块73、集装箱判断模块74、坐标提取模块75和集装箱计算模块76，上述各模块的功能如下：

坐标接收模块71，用于接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标；

坐标系转换模块72，用于使用集装箱定位算法将吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系；

吊具计算模块73，用于根据吊具扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；

集装箱判断模块74，用于根据集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱；

坐标提取模块75，用于如果存在参考集装箱，则从集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标；

集装箱计算模块76，用于根据目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及目标集装箱和参考集装箱的欧拉角。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的集装箱激光扫描识别装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例提供的集装箱激光扫描识别装置，与上述实施例提供的集装箱激光扫描识别方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

此外，本实施例提供了一种电子设备，该设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例一所提供的集装箱激光扫描识别方法。

进一步，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例一所提供的方法的步骤。

本发明实施例所提供的进行集装箱激光扫描识别方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种集装箱激光扫描识别方法，其特征在于，包括：

接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标；

使用集装箱定位算法将所述吊具扫描点坐标和所述集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系；

根据所述吊具扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；

根据所述集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱；

如果存在所述参考集装箱，则从所述集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标；

根据所述目标集装箱扫描点坐标和所述参考集装箱扫描点坐标，使用所述平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及目标集装箱和参考集装箱的欧拉角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

如果不存在所述参考集装箱，则从所述集装箱扫描点坐标提取目标集装箱正面扫描点坐标和目标集装箱侧面扫描点坐标；

根据所述目标集装箱正面扫描点坐标和所述目标集装箱侧面扫描点坐标，使用所述平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱正面和目标集装箱侧面的中心点坐标以及目标集装箱正面和目标集装箱侧面的欧拉角。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述平行四边形激光扫描定位算法，包括：求取平面方程的算法、求取等效欧拉角的算法、求取航向角及中心点坐标的算法、求取点在平面的投影的算法、求取相对位姿矩阵的算法和定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果存在所述参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，包括：

接收扫描点坐标；

根据所述扫描点坐标，使用所述求取平面方程的算法确定扫描点平面的平面方程；

根据所述求取点在平面的投影的算法确定所述扫描点坐标在所述扫描点平面的平面方程上的投影；

根据所述求取等效欧拉角的算法将所述扫描点平面的平面方程绕原点旋转，确定所述等效欧拉角；

根据所述等效欧拉角和所述求取航向角及中心点坐标的算法确定所述航向角及所述中心点坐标；

将所述中心点坐标旋转，根据所述求取等效欧拉角的算法确定所述扫描点平面的中心点坐标和对应的欧拉角。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果存在所述参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，还包括：

根据所述求取相对位姿矩阵的算法确定相对位姿矩阵。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果不存在所述参考集装箱，通过平行四边形激光扫描定位算法计算中心点坐标和对应的欧拉角的方法，包括：

接收正面扫描点坐标和侧面扫描点坐标；

根据所述正面扫描点坐标和所述侧面扫描点坐标，分别使用所述求取平面方程的算法确定正面和侧面的平面方程；

确定正面法向矢量和侧面法向矢量的角度；

根据所述定轴旋转与欧拉旋转矩阵的对应关系算法确定欧拉角。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过集装箱定位算法将不同坐标转换为同一个坐标系的方法，包括：

获取多个坐标；

以其中一个坐标为原点，并确定所述坐标的坐标系与世界坐标系的旋转矩阵；

确定其余坐标对原点的位置矢量；

根据所述位置矢量和所述旋转矩阵，将所有所述坐标转换在所述世界坐标系。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吊具扫描点坐标的数量至少为4个；所述吊具扫描点坐标通过至少2个激光扫描仪扫描吊具上的至少2个参考板得到。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标集装箱扫描点坐标、所述参考集装箱扫描点坐标、所述目标集装箱正面扫描点坐标和所述目标集装箱侧面扫描点坐标的数量均至少为4个。

10.一种集装箱激光扫描识别装置，其特征在于，包括：

坐标接收模块，用于接收多个激光扫描仪发送的吊具扫描点坐标和集装箱扫描点坐标；

坐标系转换模块，用于使用集装箱定位算法将所述吊具扫描点坐标和所述集装箱扫描点坐标转换为同一个坐标系；

吊具计算模块，用于根据所述吊具扫描点坐标，使用平行四边形激光扫描定位算法确定吊具平面的中心点坐标以及吊具的欧拉角；

集装箱判断模块，用于根据所述集装箱扫描点坐标，判断除目标参考箱之外，是否存在参考集装箱；

坐标提取模块，用于如果存在所述参考集装箱，则从所述集装箱扫描点坐标提取目标集装箱扫描点坐标和参考集装箱扫描点坐标；

集装箱计算模块，用于根据所述目标集装箱扫描点坐标和所述参考集装箱扫描点坐标，使用所述平行四边形激光扫描定位算法分别确定目标集装箱平面和参考集装箱平面的中心点坐标以及目标集装箱和参考集装箱的欧拉角。

11.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-9任一项所述方法。

12.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行权利要求1-9任一项所述方法。