CN110963409A - 一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法，通过下述方式实现：在轮胎吊陆侧两个轮组前方安装左右探测器，满足探测器成像中路面两条行进线的像素分辨率优于2毫米；对左右探测器进行标定，确定探测器图像中像素坐标与其对应的地面测量坐标系位置关系；所述的地面测量坐标系原点为左/探测器底面投影点，Y轴为探测器的视场中心线在地面投影，X轴为地面与Y轴垂直方向，定义趋向陆地的位置偏差为正；根据轮胎吊的当前行驶方向，从探测器图像中的路面行进线上任意选取两点，根据上述标定关系，由两点确定的直线与地面测量坐标系的关系确定轮胎吊当前位置偏差和角度偏差。

Description

一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法

技术领域

本发明提供一种轮胎吊行驶自动纠偏系统偏差测量方法，尤其是一种利用机器视觉技术针对轮胎吊行驶过程的位置偏差和角度偏差进行测量的方法。

背景技术

轮胎吊也称轮胎式起重机，是集装箱的堆叠和码头、堆场内的水平运输的主力机械，具有机动灵活可转场作业的优点。考虑到作业安全，一般要求轮胎吊大车在行驶过程中严格按照规定轨道行驶，即车轮组需在两条行进边界线内行驶。但在实际操作过程中，常会由于路面不够平坦导致轮胎吊大车颠簸、小车位于电气房侧导致电气房侧轮胎磨损大、机械结构无法绝对对称、作业人员误操作等原因造成起重机偏斜或偏离预定轨道的现象。目前常用的解决措施为，在轮胎吊行驶过程中，司机通过目测轮胎吊与行进线的位置偏差和角度偏差进行手动纠偏处理，但这种方法司机劳动强度极大也极易疲劳。所以常采用轮胎吊行进自动纠偏系统来实现轮胎吊的行进自动控制，而如何确定轮胎吊行进过程中位置偏差和角度偏差是轮胎吊行进自动纠偏系统设计的基础。目前业内轮胎吊行进自动纠偏确定轮胎吊行进过程中位置偏差和角度偏差主要通过多站GPS差分定位系统、红外线或光电技术测距、光电编码器纠偏等方法，但这些方法设备投资大，技术要求高且易受外界环境影响，比较而言，基于机器视觉的轮胎吊自动纠偏系统具有设备投资小、维护简单、不易受外界环境影响等优点，但是，由于前期机器视觉与行车控制配合、信息处理延时等技术难题，基于机器视觉的轮胎吊自动纠偏系统在国内外目前还无成功应用的案例，至于其设计基础的轮胎吊位置偏差和角度偏差测量方法则更是无从谈起。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法。

本发明解决技术的方案是：一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法，通过下述方式实现：

在轮胎吊陆侧两个轮组前方安装左右探测器，满足探测器成像中路面两条行进线的像素分辨率优于2毫米；

对左右探测器进行标定，确定探测器图像中像素坐标与其对应的地面测量坐标系位置关系；所述的地面测量坐标系原点为左/探测器底面投影点，Y轴为探测器的视场中心线在地面投影，X轴为地面与Y轴垂直方向，定义趋向陆地的位置偏差为正；

根据轮胎吊的当前行驶方向，从探测器图像中的路面行进线上任意选取两点，根据上述标定关系，由两点确定的直线与地面测量坐标系的关系确定轮胎吊当前位置偏差和角度偏差。

优选的，所述左右探测器的安装高度距地面H，2.5米≥H≥1.5米，下视角β小于30°，探测器成像中路面两条行进边界线在视场底部占比为10％-20％。

优选的，定义趋向陆地的位置偏差为正，此时，对于左探测器，图像中视场中心线在两条行进线中间线OO’线左端；对于右探测器，图像中视场中心线在OO’线右端。

优选的，左右探测器均通过下述方式完成标定：

1)在地面两条行进线中间标志出其中心线OO’，使轮胎吊轮组停驻在OO’线上，在探测器中标出视场中心线O₁O₂，探测器图像尺寸为W×H；

2)在地面摆放棋盘布，棋盘布的位置满足在探测器视场中，棋盘布中心线与视场中心线重合，棋盘布棋盘格下底面与视场下底面重合；棋盘布在地面上某一射线与地面测量坐标系Y轴重合；

3)测量探测器地面投影点与地面棋盘布棋盘格下底面的地面距离O₁K；

4)根据图像中棋盘布黑白格，记录图像中黑白格各交界点的像素坐标m、n和对应的与探测器图像关联的地面测量坐标系中该交界点X、Y值。

优选的，在步骤4)基础上，利用双线性插值方式，确定探测器图像上任意点像素坐标对应的地面测量坐标系X、Y值。

优选的，棋盘布宽度方向须完全覆盖两条行进线且其宽度至少大于1.5倍两条行进线之间的间距。

优选的，探测器图像中的路面行进线上选取两点的间距大于2米。

优选的，所述的左探测器用于轮胎吊左向行驶，右探测器用于轮胎吊右向行驶；根据标定关系，确定探测器图像中的路面行进线上选取两点在地面测量坐标系坐标值(x^标 ₁,y^标 ₁)和(x^标 ₂,y^标 ₂)，并建立直线方程，当y＝0时，得到的X轴斜距就是位置偏差,直线与Y轴夹角为角度偏差。

优选的，确定位置偏差时，轮胎吊左向行驶使用左探测器；轮胎吊右向行驶使用右探测器；

根据标定关系，分别确定两侧探测器图像中的路面行进线上选取两点在地面测量坐标系坐标值(x^标 ₁,y^标 ₁)和(x^标 ₂,y^标 ₂)，并建立直线方程，当y＝0时，得到的X轴斜距就是对应行驶方向的位置偏差d_左1、d_右1；

则角度偏差为

L为轮胎吊前后轮组间距。

优选的，轮胎吊按照预设的偏差线路行驶，利用左右探测器分别确定偏差线路行驶下的位置偏差，若利用左右探测器分别确定的位置偏差在预设的误差范围内，则认为左右探测器标定准确，否则重新对左右探测器进行标定；所述的偏差线路为角度偏差为0的线路。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明利用左右探测器可获得轮胎吊车轮组准确的位置偏差和角度偏差。

(2)采用数据融合方法将左右2路图像采集装置的检测结果进行融合处理，提高系统的准确性和稳定性；

(3)本发明可获得探测器地面投影点(即轮胎吊车轮组)的位置偏差，避开了探测器内参数标定等复杂数学计算过程，标定过程简单、可靠。

附图说明

图1本发明探测器安装位置图；

图2探测器中视场中心线位置图；

图3棋盘布地面摆放与视场内棋盘布对应关系示意图；

图4左探测器地面测量坐标系示意图；

图5图像中黑白格各交界点信息示意图；

图6、7数据插值示意图。

具体实施方式

下面结合负图1-7及实施例对本发明作进一步阐述。

一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法，通过下述方式实现：

1、探测器安装方式

如图1所示，左右探测器安装于轮胎吊陆侧两个轮组正前方，探测器安装高度距地面H，2.5米≥H≥1.5米，下视角β小于30°，两条行进边界线在视场底部占比为10％-20％，当轮胎吊轮组停驻在两条行进边界线中间时，两条行进边界线的中心线应在探测器视场中心线附近。

2、探测器标定

定义趋向陆地的位置偏差为正，此时，对于左探测器，图像中视场中心线O₁O₂在两条行进边界线中间线OO’线左端；对于右探测器，图像中视场中心线O₁O₂在OO’线右端。

以左探测器为例，探测器标定步骤如下：

1)在地面两条行进边界线中间标志出其中心线OO’，轮胎吊沿OO’行驶5米距离，此时，轮胎吊轮组应停驻在OO’线附近。在探测器中标出视场中心线O₁O₂，探测器图像尺寸为W×H，如图2所示。

2)在地面摆放棋盘布，使棋盘布中心线在视场中与视场中心线重合，棋盘布棋盘格下底面与视场下底面重合。棋盘布宽度方向须完全覆盖两条行进边界线且其宽度至少大于1.5倍行进边界线间距。

建立与探测器图像关联的地面测量坐标系，所述的地面测量坐标系原点为左/探测器底面投影点，Y轴为探测器的视场中心线在地面投影，X轴为地面与Y轴垂直方向，定义趋向陆地的位置偏差为正；棋盘布在地面上某一射线与地面测量坐标系Y轴重合，远离探测器为正；X轴为地面与Y轴垂直方向，定义趋向陆地的位置偏差为正，此时，对于左探测器，图像中视场中心线O₁O₂在两条行进边界线中间线OO’线左端；对于右探测器，图像中视场中心线在OO’线右端。定义趋向海洋的位置偏差为负，此时，对于左探测器，图像中视场中心线在两条行进边界线中间线OO’线右端；对于右探测器，图像中视场中心线在OO’线左端。左探测器地面测量坐标系示意图如图4

3)测量探测器地面投影点与地面棋盘布棋盘格下底面的地面距离O₁K。

4)根据图像中棋盘布黑白格，记录图像中黑白格各交界点的像素坐标m、n和对应的与探测器图像关联的地面测量坐标系中该交界点X、Y值。

如图5，假设图中某黑白格交界点处,棋盘布棋盘格每格边长为ω米，则与红点对应的与探测器图像关联的地面测量坐标系(简称地面测量坐标系)中该点作坐标为(x,y)＝(ω,O₁K+6ω)。

5)对于标定时地面OO’线，利用双线性插值，根据左探测器图像中OO’线上任意两点(间距大于2米)像素坐标得到其对应的地面测量坐标系X、Y值。

如图6所示，设图像中OO’线上任意点p点坐标为(m,n)，(m₁,n₁)、(m₂,n₂)、(m₃,n₃)、(m₄,n₄)为p周围黑白格交界点，对应地面测量坐标系值为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)。

如图7所示，则p点地面测量坐标系X为：

则p点测量坐标系y为：

6)根据标定时OO’线上两点地面测量坐标系坐标值(x^标 ₁,y^标 ₁)和(x^标 ₂,y^标 ₂)建立直线方程，当y＝0时，得到的X轴斜距就是标定时OO’线斜距d₀,OO’线与测量坐标系Y轴夹角α₀，该直线方程及d₀、α₀作为轮胎吊行驶基准线及参数在进行探测器棋盘格标定时被处理器存储下来。

直线方程为

(如果|x₂-x₁|≤1cm，则为垂直线)

3、位置偏差及角度偏差获取

实际使用时，与上述步骤5)、6)相同，在轮胎吊行进过程中，利用双线性插值，根据探测器中两条黄线中心线上任意两点像素坐标得到其对应地面测量坐标系坐标值(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；根据这两点坐标值建立直线方程，当Y＝0时，得到的X轴斜距就是两条黄线中心线斜距d₁。

左探测器两条黄线中心线斜距d_左1，右探测器两条黄线中心线斜距d_右1，轮胎吊前后轮组间距为L，则角度偏差为

4、左右探测器标定一致性分析方法

在地面两条行进边界线中心线OO’线左5厘米、右5厘米各设置两条行进线(偏差线路)，轮胎吊沿着OO’线及左5厘米、右5厘米行进线分别准确行驶5-10米，停车后，判断左右探测器的位置偏差是否一致，如果|Δd_左-Δd_右|≤1厘米，则认为左右探测器标定一致，否则重新对左右探测器进行标定。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种轮胎吊机器视觉自动纠偏偏差测量方法，其特征在于通过下述方式实现：

在轮胎吊陆侧两个轮组前方安装左右探测器，满足探测器成像中路面两条行进线的像素分辨率优于2毫米；

对左右探测器进行标定，确定探测器图像中像素坐标与其对应的地面测量坐标系位置关系；所述的地面测量坐标系原点为左/探测器底面投影点，Y轴为探测器的视场中心线在地面投影，X轴为地面与Y轴垂直方向，定义趋向陆地的位置偏差为正；

根据轮胎吊的当前行驶方向，从探测器图像中的路面行进线上任意选取两点，根据上述标定关系，由两点确定的直线与地面测量坐标系的关系确定轮胎吊当前位置偏差和角度偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述左右探测器的安装高度距地面H，2.5米≥H≥1.5米，下视角β小于30°，探测器成像中路面两条行进边界线在视场底部占比为10％-20％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：定义趋向陆地的位置偏差为正，此时，对于左探测器，图像中视场中心线在两条行进线中间线OO’线左端；对于右探测器，图像中视场中心线在OO’线右端。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：左右探测器均通过下述方式完成标定：

1)在地面两条行进线中间标志出其中心线OO’，使轮胎吊轮组停驻在OO’线上，在探测器中标出视场中心线O₁O₂，探测器图像尺寸为W×H；

2)在地面摆放棋盘布，棋盘布的位置满足在探测器视场中，棋盘布中心线与视场中心线重合，棋盘布棋盘格下底面与视场下底面重合；棋盘布在地面上某一射线与地面测量坐标系Y轴重合；

3)测量探测器地面投影点与地面棋盘布棋盘格下底面的地面距离O₁K；

4)根据图像中棋盘布黑白格，记录图像中黑白格各交界点的像素坐标m、n和对应的与探测器图像关联的地面测量坐标系中该交界点X、Y值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在步骤4)基础上，利用双线性插值方式，确定探测器图像上任意点像素坐标对应的地面测量坐标系X、Y值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：棋盘布宽度方向须完全覆盖两条行进线且其宽度至少大于1.5倍两条行进线之间的间距。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：探测器图像中的路面行进线上选取两点的间距大于2米。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：所述的左探测器用于轮胎吊左向行驶，右探测器用于轮胎吊右向行驶；根据标定关系，确定探测器图像中的路面行进线上选取两点在地面测量坐标系坐标值(x^标 ₁,y^标 ₁)和(x^标 ₂,y^标 ₂)，并建立直线方程，当y＝0时，得到的X轴斜距就是位置偏差,直线与Y轴夹角为角度偏差。

9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：确定位置偏差时，轮胎吊左向行驶使用左探测器；轮胎吊右向行驶使用右探测器；

根据标定关系，分别确定两侧探测器图像中的路面行进线上选取两点在地面测量坐标系坐标值(x^标 ₁,y^标 ₁)和(x^标 ₂,y^标 ₂)，并建立直线方程，当y＝0时，得到的X轴斜距就是对应行驶方向的位置偏差d_左1、d_右1；

则角度偏差为

L为轮胎吊前后轮组间距。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：轮胎吊按照预设的偏差线路行驶，利用左右探测器分别确定偏差线路行驶下的位置偏差，若利用左右探测器分别确定的位置偏差在预设的误差范围内，则认为左右探测器标定准确，否则重新对左右探测器进行标定；所述的偏差线路为角度偏差为0的线路。

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