CN111487610A - 起重机及其吊装作业的定位系统和定位方法、存储介质 - Google Patents

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徐柏科
范卿
曾杨
付玲
郭纪梅
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Abstract

本发明涉及起重机自动控制领域，公开了一种起重机及其吊装作业的定位系统和定位方法、存储介质。所述定位系统包括：全景图像获取装置，设置于起重机的臂架上，被配置为获取预定作业区域内的全景图像；区域图像获取装置，设置于臂架上；处理装置，被配置为：根据作业目标在全景图像中的第一位置确定作业目标的初始目标位置；在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，通过调节焦距后的区域图像获取装置获取作业目标所在位置的区域图像；根据作业目标在区域图像中的第二位置确定作业目标的精确目标位置。如此，可以实现起重机吊装作业场景的全覆盖和精确定位，从而降低操作人员的操作强度与熟练度，提高工作效率。

Description

起重机及其吊装作业的定位系统和定位方法、存储介质
技术领域
本发明涉及起重机自动控制领域，具体地，涉及一种起重机及其吊装作业的定位系统和定位方法、存储介质。
背景技术
当前的起重机，例如轮式起重机、履带式起重机或动臂式塔机等，其吊装作业控制是控制系统的核心内容。在进行吊装作业操作时，需要对卷扬、变幅、回转进行实时的配合控制，其通过不断地调整回转角度、变幅幅度和吊钩高度来实现被吊载荷的目标定位。现有的控制系统，在进行起重机吊装作业时，主要依靠操作人员人工观察作业目标的方式，对卷扬、变幅、回转进行手动配合操作。首先控制起重机吊钩定位到被吊载荷初始位置，然后再通过人工观察不断调整回转角度、变幅幅度以及吊钩高度，来实现被吊载荷的目标定位。这种手动配合操作方式对操作人员要求非常高，要求具备丰富的操作经验，并且由于人工观察精度低，因此在吊装作业过程中需要反复不断地进行调整，从而也增大了操作人员的工作强度且容易发生误操作。
发明内容
为至少部分地解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种起重机及其吊装作业的定位系统和定位方法、存储介质。
为了实现上述目的，在本发明实施方式的第一方面，提供一种用于起重机吊装作业的定位系统，所述定位系统包括：全景图像获取装置，设置于所述起重机的臂架上，被配置为获取所述臂架下方的预定作业区域内的全景图像；区域图像获取装置，设置于所述臂架上，所述区域图像获取装置的焦距可变；以及处理装置，与所述全景图像获取装置和所述区域图像获取装置通信，被配置为：根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置；在确定所述起重机的臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内时，调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像；根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定。
可选地，所述处理装置根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置，包括：获取所述第一位置和所述臂架的当前位置；获取所述全景图像获取装置在所述臂架上的安装位置；确定所述全景图像获取装置在所述全景图像中的投影位置；确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离；以及根据所述第一位置、所述当前位置、所述安装位置、所述投影位置以及所述物理距离确定所述作业目标的初始目标位置。
可选地，所述定位系统还包括测距装置，所述测距装置位于所述起重机的臂架上，所述处理装置确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离，包括：确定所述测距装置在所述全景图像中的投影位置与预定的参照对象在所述全景图像中的对应位置之间的像素数量；通过所述测距装置检测所述参照对象与所述测距装置之间的参照物理距离；获取所述参照对象相对于所述测距装置的方位角度；以及根据所述像素数量、所述参照物理距离以及所述方位角度确定所述物理距离。
可选地，所述处理装置调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像，包括：根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，并通过调节焦距后的所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像。
可选地，所述处理装置根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，包括：调节所述区域图像获取装置的焦距以使得所述区域图像获取装置拍摄的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内；其中，所述相邻像素之间的物理距离根据所述区域图像获取装置的对地高度和焦距确定。
可选地，所述预设物理距离范围根据所述区域图像获取装置在当前对地高度下的最小可识别目标尺寸对应的相邻像素之间的物理距离确定。
可选地，所述处理装置根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定，包括：以预先获取的所述作业目标的外轮廓图像为模板进行特征点提取；根据所述特征点在所述区域图像中进行特征点匹配搜索，以确定所述作业目标在所述区域图像中的第二位置；根据所述第二位置确定所述精确目标位置。
可选地，所述定位系统还包括区域相机云台，所述区域图像获取装置通过所述区域相机云台安装至所述臂架上，所述处理装置还被配置为：在获取所述全景图像后，根据所述全景图像中的所述第一位置和所述区域图像获取装置的对地高度控制所述区域相机云台动作，以使得所述区域图像获取装置自动跟随并锁定所述作业目标；在所述区域图像获取装置锁定所述作业目标后，控制所述区域图像获取装置以轮廓获取焦距获取所述作业目标的外轮廓图像，其中所述轮廓获取焦距根据所述作业目标与所述区域图像获取装置之间的距离确定。
可选地，所述初始目标位置包括初始目标变幅长度和初始目标回转角度，所述处理装置还被配置为：在所述臂架的当前变幅长度与所述初始目标变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值且所述臂架的当前回转角度与所述初始目标回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值时，确定所述臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内。
可选地，所述定位系统还包括测距装置，所述测距装置用于检测所述对地高度。
可选地，所述定位系统还包括：人机交互装置，被配置为接收并显示所述全景图像，并获取用户针对所述全景图像的目标选择操作；所述处理装置与所述人机交互装置通信，还被配置为：接收所述目标选择操作并根据所述目标选择操作确定所述第一位置。
可选地，所述全景图像获取装置在获取所述全景图像时光轴垂直于地平面，所述区域图像获取装置在获取所述区域图像时光轴垂直于地平面。
可选地，所述定位系统还包括：倾角传感器，用于检测所述起重机的臂架的倾斜角度；全景相机云台，用于调整所述全景图像获取装置的姿态；其中，所述处理装置还被配置为：获取所述倾斜角度；根据所述倾斜角度控制所述全景相机云台，以使得所述全景图像获取装置的光轴始终垂直于地平面。
可选地，所述全景图像获取装置和所述区域图像获取装置均设置于所述臂架的顶端，且所述全景图像获取装置为全景相机，所述区域图像获取装置为可变焦单目相机。
可选地，所述处理装置还被配置为：向所述起重机的控制器发送目标位置信息，以控制所述起重机的臂架向所述初始目标位置或所述精确目标位置移动。
在本发明实施方式的第二方面，提供一种用于起重机吊装作业的定位方法，所述起重机的臂架上设有全景图像获取装置和区域图像获取装置，所述区域图像获取装置的焦距可变，所述定位方法包括：通过所述全景图像获取装置获取所述臂架下方的预定作业区域内的全景图像；根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置；在确定所述起重机的臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内时，调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像；以及根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定。
可选地，所述根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置，包括：获取所述第一位置和所述臂架的当前位置；获取所述全景图像获取装置在所述臂架上的安装位置；确定所述全景图像获取装置在所述全景图像中的投影位置；确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离；以及根据所述第一位置、所述当前位置、所述安装位置、所述投影位置以及所述物理距离确定所述作业目标的初始目标位置。
可选地，所述起重机的臂架上设有测距装置，所述确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离，包括：确定所述测距装置在所述全景图像中的投影位置与预定的参照对象在所述全景图像中的对应位置之间的像素数量；通过所述测距装置检测所述参照对象与所述测距装置之间的参照物理距离；获取所述参照对象相对于所述测距装置的方位角度；以及根据所述像素数量、所述参照物理距离以及所述方位角度确定所述物理距离。
可选地，所述调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像，包括：根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，并通过调节焦距后的所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像。
可选地，所述根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，包括：调节所述区域图像获取装置的焦距以使得所述区域图像获取装置拍摄的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内；其中，所述相邻像素之间的物理距离根据所述区域图像获取装置的对地高度和焦距确定。
可选地，所述预设物理距离范围根据所述区域图像获取装置在当前对地高度下的最小可识别目标尺寸对应的相邻像素之间的物理距离确定。
可选地，所述根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定，包括：以预先获取的所述作业目标的外轮廓图像为模板进行特征点提取；根据所述特征点在所述区域图像中进行特征点匹配搜索，以确定所述作业目标在所述区域图像中的第二位置；根据所述第二位置确定所述精确目标位置。
可选地，所述定位方法还包括：在获取所述全景图像后，根据所述全景图像中的所述第一位置和所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的姿态，以使得所述区域图像获取装置自动跟随并锁定所述作业目标；在所述区域图像获取装置锁定所述作业目标后，控制所述区域图像获取装置以轮廓获取焦距获取所述作业目标的外轮廓图像，其中所述轮廓获取焦距根据所述作业目标与所述区域图像获取装置之间的距离确定。
可选地，所述初始目标位置包括初始目标变幅长度和初始目标回转角度，所述定位方法还包括：在所述臂架的当前变幅长度与所述初始目标变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值且所述臂架的当前回转角度与所述初始目标回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值时，确定所述臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内。
可选地，所述定位方法还包括：显示所述全景图像并获取用户针对所述全景图像的目标选择操作；根据所述目标选择操作确定所述第一位置。
可选地，所述全景图像获取装置在获取所述全景图像时光轴垂直于地平面，所述区域图像获取装置在获取所述区域图像时光轴垂直于地平面。
可选地，所述定位方法还包括：检测所述起重机的臂架的倾斜角度；根据所述倾斜角度调整所述全景图像获取装置的姿态，以使得所述全景图像获取装置的光轴始终垂直于地平面。
可选地，所述全景图像获取装置和所述区域图像获取装置均设置于所述臂架的顶端，且所述全景图像获取装置为全景相机，所述区域图像获取装置为可变焦单目相机。
可选地，所述定位方法还包括：控制所述起重机的臂架向所述初始目标位置或所述精确目标位置移动。
在本发明实施方式的第三方面，提供一种起重机，所述起重机包括上述的用于起重机吊装作业的定位系统。
在本发明实施方式的第四方面，提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于起重机吊装作业的定位方法。
本发明上述技术方案至少具有以下优点：
（1）通过全景图像获取装置获取臂架下方的预定作业区域内的全景图像，可以实现起重机吊装作业场景的全覆盖，从而方便确定作业目标在作业场景中的位置，并且通过全景图像也可以实现作业目标的自动定位，从而自动控制臂架向作业目标移动；
（2）通过调节焦距后的区域图像获取装置获取作业目标所在位置的区域图像，可以确定作业目标的精确目标位置，通过精确目标位置可以准确地对作业目标进行定位，从而提高吊装作业的效率，降低工作人员的工作强度和对工作人员的熟练度的要求；
（3）通过视觉传感技术，可以使起重机具备环境感知能力和自主决策功能，从而实现起重机的自动吊装作业。
（4）通过人机交互装置进行吊装场景的全景显示，可以使起重机的操作人员更加直观的查看真实吊装场景，无需指挥人员协同指挥，降低了人工成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的用于起重机吊装作业的定位系统的结构框图；
图2示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的用于起重机吊装作业的定位系统的结构框图；
图3示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的全景图像的示意图；
图4示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的区域图像的示意图；
图5示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的用于起重机吊装作业的定位系统的工作流程图。
附图标记说明
10 全景图像获取装置 20 区域图像获取装置
30 处理装置 40 人机交互装置
50 无线图传装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的用于起重机吊装作业的定位系统的结构框图。如图1所示，本发明实施方式提供一种用于起重机吊装作业的定位系统。其中，该起重机可以为轮式起重机、履带式起重机或塔式起重机（例如动臂式塔机或平臂式塔机）等。该定位系统可以包括全景图像获取装置10、区域图像获取装置20和处理装置30。其中，全景图像获取装置10可以为全景相机、多镜头一体化相机或广角阈雷达，该全景图像获取装置10设置于起重机的臂架上并被配置为获取臂架下方的预定作业区域内的全景图像。区域图像获取装置20可以安装于起重机的臂架上，并且该区域图像获取装置20的焦距可变。该区域图像获取装置20可以为可变焦单目相机或其它类型的可变焦相机。处理装置30分别与全景图像获取装置10和区域图像获取装置20通信，其通信方式可以为直接通信或间接通信。处理装置30被配置为：根据作业目标在全景图像中的位置（即第一位置）确定作业目标的初始目标位置，在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，调节区域图像获取装置20的焦距以通过区域图像获取装置20获取作业目标所在位置的区域图像；随后根据作业目标在区域图像中的位置（即第二位置）确定作业目标的精确目标位置。
需要说明的是，该作业目标在全景图像中的第一位置和/或在区域图像中的第二位置可以由人工选择，也可以通过图像识别等方式自动确定；初始目标位置为与全景图像中作业目标的位置对应的起重机臂架的空间位置，该初始目标位置可以由起重机臂架的变幅长度和回转角度表示，精确目标位置为与区域图像中作业目标的位置对应的起重机臂架的空间位置，该精确目标位置可以由起重机臂架的变幅长度和回转角度表示。为获取更大的视场，全景图像获取装置10和区域图像获取装置20优选地设置于起重机的臂架顶端，该起重机的臂架顶端是指臂架远离起重机机身的一端，全景图像获取装置10和区域图像获取装置20可以设置于臂架的该顶端部分的侧壁或顶面上。
如此，通过全景图像获取装置获取臂架下方的预定作业区域内的全景图像，可以实现起重机吊装作业场景的全覆盖，从而方便确定作业目标在作业场景中的位置，并且通过全景图像也可以实现作业目标的自动定位，从而自动控制臂架向作业目标移动。在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，通过调节焦距后的区域图像获取装置获取作业目标所在位置的区域图像，可以准确确定作业目标的精确目标位置，从而提高定位精度。整个定位过程可以由起重机自动完成，无需地面人员协助，不仅可以降低对操作人员的经验要求，还可以提高吊装作业的精度和效率，降低操作人员的工作强度。
其中，在起重机进行吊装作业时，在通过全景图像中的第一位置确定作业目标的初始目标位置后，处理装置30可以根据初始目标位置向用于控制起重机臂架动作的控制器发送与初始目标位置对应的目标位置信息，以控制起重机的臂架向该初始目标位置移动，在起重机的臂架接近初始目标位置时，即起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，可以通过区域图像获取装置20获取作业目标所在位置的精度更高的区域图像，并基于作业目标在区域图像中的第二位置确定作业目标的精确目标位置。处理装置30根据精确目标位置向控制器发送与精确目标位置对应的目标位置信息，以控制起重机的臂架向精确目标位置移动，从而将臂架移动至与作业目标对应的位置。也就是说，可以首先通过全景图像中作业目标的位置，进行起重机吊装作业的粗定位，在起重机的臂架接近初始目标位置时，再通过区域图像中作业目标的位置进行起重机吊装作业的精确定位。从而，通过将全景图像获取装置和区域图像获取装置结合，不仅可以实现起重机吊装作业场景全覆盖，还能够提高定位系统的定位精度。
在本发明一种可选实施方式中，如图2所示，用于起重机吊装作业的定位系统还可以包括人机交互装置40。该人机交互装置40被配置为接收并显示通过全景图像获取装置10获取的全景图像，并获取用户针对全景图像的目标选择操作。其中，人机交互装置40可以包括显示屏，该显示屏可以显示全景图像，该显示屏可以为触摸显示屏，从而用户可以通过点选全景图像中作业目标所在的位置进行目标选择操作。可以理解的是，目标选择操作也可以通过其他方式实现，例如也可以通过与显示屏连接的外围设备选择全景图像中作业目标所在的位置。处理装置30与人机交互装置40通信，并具备图像处理功能，该处理装置30可以从全景图像获取装置10接收全景图像并传输至人机交互装置40进行显示，并接收用户针对全景图像的目标选择操作，以根据该目标选择操作确定作业目标在全景图像中的第一位置。
如此，起重机的操作人员可以通过人机交互装置直观地查看实际吊装场景，从而无需指挥人员协同指挥，降低了人工成本。并且通过根据用户对全景图像的目标选择操作自动确定作业目标的位置，可以实现起重机的自动吊装定位，从而降低操作人员的操作强度与熟练度，提高工作效率。
在本发明一种可选实施方式中，全景图像获取装置10可以通过全景相机云台（未示出）安装至臂架上，该全景相机云台可以调整全景图像获取装置10的姿态，此外在臂架上还可以设置倾角传感器（未示出），通过该倾角传感器可以检测起重机的臂架的倾斜角度。处理装置30可以获取倾角传感器检测的倾斜角度，并根据倾斜角度控制全景相机云台调整全景图像获取装置10的姿态，以使得全景图像获取装置10的光轴始终垂直于地平面。如此，通过始终保持全景图像获取装置10的光轴垂直对地，可以确保全景图像与地平面保持平行，既便于进行吊装场景的全景监控，也利于简化目标定位过程的计算。
具体地，在起重机收车状态下安装全景图像获取装置10时，可以调整全景图像获取装置10的安装角度，以使得全景图像获取装置10的中轴线垂直于地平面。如此，一方面可以更方便操作人员在全景图像中分辨物体的位置，另一方面也可以简化作业目标的初始目标位置的计算过程。由于起重机的臂架在缩展或变幅运动时，会导致全景图像获取装置10的姿态发生变化，为此可以增设全景相机云台，以根据臂架倾角的变化实时调整全景图像获取装置10的姿态，从而保持全景图像获取装置10的中轴线始终垂直于地面。举例来说，设全景相机云台的初始水平旋转角P=α，初始垂直俯仰角T=β，在全景相机云台的该初始状态下，全景图像获取装置10保持光轴（即中轴线）与地平面垂直，且全景图像获取装置10获取的全景图像的水平对称轴线（即图3中的X轴）与车身方向垂直。在臂架缩展或变幅运动时，全景图像获取装置10姿态发生变化，为了控制全景图像获取装置10光轴始终垂直于地平面，需要实时调整全景相机云台的俯仰角（即全景图像获取装置的俯仰角）。此时，可以通过倾角传感器实时采集臂架的在俯仰方向上的倾斜角度γ，通过几何三角关系可知，为满足控制全景图像获取装置10光轴始终垂直于地平面，则对应全景相机云台的俯仰角T=β-γ。由于起重机的臂架的回转过程不影响全景图像获取装置10的姿态的变化，因此全景相机云台的水平角度无需调整。因此，处理装置30可以实时控制全景相机云台的参数值，使得全景相机云台的水平旋转角P=α，垂直俯仰角T=β-γ，从而通过自动调节全景相机云台的俯仰角，进行作业场景的全景覆盖和在线追踪，并有效控制作业目标的定位计算的精度。
如此，在起重机吊装过程中，当臂架进行变幅等动作时，可以始终保持全景图像获取装置的光轴垂直对地，以进行吊装场景全景监控和目标定位，从而可有效地引导起重机的操作人员的操作，提高起重机的工作效率与环境感知能力和自动化水平。同时，可以解决起重机吊装作业场景大、臂架在缩展和变幅运动时作业场景会发生变化、视觉检测领域常用的单目相机无法捕获整个吊装场景以及单目相机视场需要自行调整等诸多问题。
在本发明一种可选实施方式中，为了确定作业目标的初始目标位置，处理装置30可以首先根据用户的目标选择操作或通过作业目标的图像特征自动识别等方式确定作业目标在全景图像中的位置（即第一位置），随后获取起重机的臂架的当前位置（即臂架当前的变幅长度和回转角度）和全景图像获取装置10在臂架上的安装位置，并确定全景图像获取装置10在全景图像中的投影位置，随后根据作业目标在全景图像中的第一位置、全景图像获取装置10在全景图像中的投影位置、全景图像获取装置10在臂架上的安装位置、起重机的臂架的当前位置以及全景图像中相邻像素之间的物理距离确定作业目标的初始目标位置。起重机的臂架的当前位置由臂架当前的变幅长度和回转角度表示，其中臂架的变幅长度即起重机的取物装置（例如起重机的吊钩或抓斗）中心至起重机回转中心轴线的水平距离，回转角度即臂架转动的角度。其中，取物装置可以例如位于起重机的臂架顶端。
具体地，如图3所示，全景图像获取装置10的光轴可以垂直于地平面，在全景图像获取装置10获取全景图像后，可以在全景图像中建立以像素数量为单位的图像坐标系，其中y轴与臂架当前的变幅长度方向一致且臂架由y轴的负半轴向y轴的正半轴方向伸展。图像坐标系的中心坐标可以设置为全景图像获取装置10在全景图像中的投影位置，即全景图像获取装置10的投影位置对应的坐标为全景图像的中心坐标O(x 0 ,y 0 )。在图3中，设全景图像获取装置10设置在臂架顶端，因此臂架顶端的投影位置对应中心坐标O(x 0 ,y 0 )。另外，根据全景图像获取装置10的安装位置与起重机的取物装置的悬挂位置之间的相对位置关系（例如沿臂架长度方向的距离），可以由起重机的臂架的当前位置确定全景图像获取装置10所在位置对应的变幅长度（即全景图像获取装置10至起重机回转中心轴线的水平距离）和回转角度。
在使用时，起重机的操作人员可以通过例如触摸显示屏手动点选全景图像中的作业目标，该作业目标可以为吊装物或就位目标点。处理装置30可以将用户点选的作业目标所在的位置（即第一位置）解算成图像坐标f(x 1 ,y 1 )，全景图像获取装置10的投影位置对应的坐标为全景图像的中心坐标O(x 0 ,y 0 )。随后，处理装置30可以计算全景图像中相邻像素之间的物理距离Dpixel，并实时获取臂架的当前位置（即臂架的当前变幅长度Lpre和当前回转角度θpre，并根据臂架的当前变幅长度Lpre和当前回转角度θpre以及全景图像获取装置10的安装位置确定全景图像获取装置10所在位置对应的变幅长度Lpre1和回转角度θpre1。根据三角关系，可以通过下式计算得到通过第一位置确定的初始目标位置，该初始目标位置包括臂架的初始目标变幅长度Ltargent1和初始目标回转角度θtargent1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
可以理解的是，为了使得臂架到达初始目标位置，当Ltargent1＞Lpre时，可以控制臂架落变幅，否则当Ltargent1＜Lpre时，可以控制臂架起变幅；当θtargent1＞θpre1时，可以控制臂架右回转，否则当θtargent1＜θpre1时，可以控制臂架左回转。
需要说明的是，为便于计算，全景图像获取装置10可以设置于取物装置的悬挂位置（例如臂架顶端），如此臂架的当前变幅长度Lpre和当前回转角度θpre即为全景图像获取装置10所在位置对应的变幅长度Lpre1和回转角度θpre1。此外，当全景图像获取装置10未设置于取物装置的悬挂位置时，由于全景图像获取装置10和取物装置均设置于臂架上，因此全景图像获取装置10所在位置对应的回转角度θpre1与臂架的当前回转角度θpre是相同的。而对于全景图像获取装置10所在位置对应的变幅长度Lpre1，则可以根据臂架的当前变幅长度Lpre与全景图像获取装置10安装位置计算得到。具体地，可以根据全景图像获取装置10的安装位置与起重机的取物装置的悬挂位置之间沿臂架长度方向的距离确定臂架的当前变幅长度Lpre与全景图像获取装置10对应的变幅长度Lpre1之间的变幅长度差值，进而根据当前变幅长度Lpre和该变幅长度差值确定全景图像获取装置10所在位置对应的变幅长度Lpre1。可以理解的是，对于平臂起重机，该变幅长度差值即为全景图像获取装置10的安装位置与起重机的取物装置的悬挂位置之间沿臂架长度方向的距离；对于动臂起重机，该变幅长度差值可以根据全景图像获取装置10的安装位置与起重机的取物装置的悬挂位置之间沿臂架长度方向的距离和起重机的臂架的倾斜角度确定。其中，起重机的臂架的倾斜角度可以通过倾角传感器进行检测，也可以通过臂架长度和臂架的当前变幅长度Lpre计算得到。
其中，全景图像中相邻像素之间的物理距离可以根据设置在臂架上的用于测距的 测距装置所检测的物理距离计算得到，该测距装置可以为激光雷达或超声测距装置等。具 体地，该测距装置可以例如位于起重机的臂架顶端，通过该测距装置可以检测一预设的参 照对象与测距装置之间的参照物理距离。如图3所示，该参照物理距离可以为测距装置与该 参照对象之间的垂直高度，也可以为测距装置与该参照对象之间的直线距离。以参照物理 距离为测距装置与参照对象之间的垂直高度为例，可以直接选择作业目标为参照对象，通 过测距装置可以探测到作业目标与测距装置之间的垂直高度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，参照对象相对于测距装置 的方位角度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
可以通过垂直高度h和参照对象的坐标推算得到，从而可以确定臂架顶端的测 距装置与参照对象的相对横向距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。随后，可以根据测距装置与全景 图像获取装置10之间的相对位置关系确定测距装置在全景图像中的投影位置，并进一步确 定测距装置在全景图像中的投影位置与预定的参照对象在全景图像中的对应位置之间的 像素数量Num pixels ，进而解算相邻像素之间的物理距离
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。其 中，该参照对象可以为作业场景中的一个参照点，也可以为一个参照物体。当该参照对象为 参照物体时，可以先通过全景图像识别该参照物体的轮廓，并依据测距装置的探测位置计 算相邻像素之间的物理距离D pixels 。
可以理解的是，虽然上述实施方式以全景图像获取装置10的光轴垂直于地平面的情况对初始目标位置的计算进行举例说明，但在全景图像获取装置10的光轴不垂直于地平面时，同样可以通过与上述过程类似的计算方式计算初始目标位置，此时需考虑到全景图像获取装置的光轴10与地平面之间的倾角，并根据该倾角对计算过程中所使用的坐标系中的参数值进行补偿。
在一种可选实施方式中，作业目标在区域图像中的第二位置可以基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定。具体地，定位系统还可以包括区域相机云台，区域图像获取装置20可以通过区域相机云台安装至起重机的臂架上。处理装置30在获取全景图像后，可以根据作业目标在全景图像中的第一位置和区域图像获取装置20的对地高度控制区域相机云台动作，以使得区域图像获取装置20自动跟随并锁定作业目标；在区域图像获取装置20锁定作业目标后，可以根据作业目标与区域图像获取装置20之间的距离确定区域图像获取装置20的轮廓获取焦距，随后控制区域图像获取装置20调节至该轮廓获取焦距，以获取作业目标的外轮廓图像；在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，区域图像获取装置20获取作业目标所在位置的区域图像，此时可以以预先获取的作业目标的外轮廓图像为模板进行特征点提取，并根据提取的特征点在区域图像中进行特征点匹配搜索，以确定作业目标在区域图像中的位置（即第二位置）。其中，作业目标与区域图像获取装置20的距离可以通过测距雷达等测距装置进行检测，也可以根据作业目标在全景图像中的位置与臂架当前位置进行估算，或者根据区域图像获取装置20自带的红外测距元件进行检测。在确定作业目标与区域图像获取装置20之间的距离后，可以根据该距离确定合适的轮廓获取焦距，以得到作业目标清晰的外轮廓图像。此外，作为一种可选实施方式，该轮廓获取焦距也可以直接采用区域图像获取装置20的最大焦距。
如此，由于区域图像获取装置20能够自动跟随和锁定作业目标，因此可以降低操作人员的操作强度。并且在自动跟随的过程中，图像获取装置20还可以用于对路径中的障碍物进行识别。另外，通过获取作业目标的外轮廓图像以自主确定作业目标在区域图像中的位置，可以简化操作人员的操作，操作人员仅需在全景图像中选择一次作业目标，即可确定作业目标在全景图像和区域图像中的位置。
更具体地，请继续参照图3，全景图像获取装置10获取的全景图像可以通过触摸显示屏进行显示，起重机的操作人员可以通过触摸显示屏点选全景图像中的作业目标，以确定作业目标在全景图像中的位置。在操作人员通过触摸显示屏手动点选全景图像中的作业目标后，处理装置30可以根据在全景图像中点选的作业目标的坐标点f(x 1 ,y 1 )和区域图像获取装置20的对地高度，计算作业目标在全景图像中的方位。随后，根据作业目标在全景图像中的方位驱动区域相机云台带动区域图像获取装置20自动跟随锁定作业目标。在锁定作业目标后，区域图像获取装置20识别作业目标的外轮廓，以提取作业目标的外轮廓图像f 目标，其中该外轮廓图像f 目标可以为外轮廓矩形包围块图像。随后，当起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，区域图像获取装置20获取作业目标所在位置的区域图像，此时可以以预先获取的作业目标的外轮廓图像f 目标为模板进行特征点提取，在自适应调节焦距后拍摄的区域图像中进行特征点匹配搜索，从而确定该区域图像中的作业目标所在的第二位置。根据作业目标在区域图像中的第二位置可以确定作业目标的精确目标位置。如此，可以实现根据全景图像中作业目标的粗略位置自动确定作业目标在更高精度的区域图像中的精准位置，从而操作人员无需在区域图像中再次点选作业目标的位置，进而简化了定位系统的操作。
可选地，如图3所示，以区域图像获取装置20设置于起重机的臂架顶端为例，设全 景图像中的黑点为用户的点选点（即作业目标在全景图像中的第一位置），该第一位置的坐 标为f(x 1 ,y 1 )。为了使得区域图像获取装置20自动跟随作业目标，则区域相机云台的水平旋 转角度
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和垂直旋转角度
Figure DEST_PATH_IMAGE007
可以分别满足以下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
在区域图像获取装置20转向作业目标后，可以将区域图像获取装置20的焦距拉至适当的轮廓获取焦距或最大焦距f max，以通过区域图像获取装置20拍摄的图像确定作业目标的外轮廓图像f 目标。如此，通过控制区域相机云台的水平选择角度参数P、垂直俯仰角度参数T和焦距参数Z，使区域相机云台的水平旋转角度P=θ，垂直俯仰角度T=δ，相机焦距Z=f max ，可以实现区域图像获取装置20自动跟随锁定作业目标。
在本发明一种可选实施方式中，在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，可以根据区域图像获取装置20的对地高度调节区域图像获取装置20的焦距，随后通过调节焦距后的区域图像获取装置20获取作业目标所在位置的区域图像。如此，在起重机的臂架移动至初始目标位置附近后，通过根据区域图像获取装置20的对地高度将区域图像获取装置20调节至合适的焦距，可以得到视场和清晰度适当的区域图像，从而更利于通过区域图像确定作业目标的精确位置。
进一步地，在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，可以根据区域图像获取装置20的对地高度调节区域图像获取装置20的焦距以使得通过区域图像获取装置20获取的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内，随后获取调节焦距后的区域图像获取装置20拍摄的作业目标的区域图像，并根据先前获取的作业目标的外轮廓图像确定区域图像中的作业目标的第二位置，之后根据该第二位置确定作业目标的精确目标位置。其中，区域图像中相邻像素之间的物理距离可以根据区域图像获取装置20的对地高度和区域图像获取装置20的焦距确定。区域图像获取装置20的对地高度可以通过测距装置确定，该测距装置可以为激光雷达或超声测距装置等。如此，可以准确地将区域图像获取装置20调节至合适的焦距，从而得到视场和清晰度适当的区域图像，以便于通过区域图像确定作业目标的精确位置。
具体地，如图3和图4所示，区域图像获取装置20可以例如设置于起重机的臂架顶 端。在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，可以根据当前区 域图像获取装置20的对地高度H 地 ，自适应调节区域图像获取装置20的焦距，以使得通过区 域图像获取装置20获取的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内。举 例来说，设区域图像获取装置拍摄的区域图像的分辨率为W×H，区域图像获取装置当前的 焦距为f pre ，则区域图像中相邻像素之间的物理距离
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，在对区域图像 获取装置20进行焦距调节过程中，当确定该区域图像的单位相邻像素之间的物理距离d pixel 接近Δd时，即d pixel 处于以Δd为中值的预设范围内时，区域图像获取装置20完成焦距设置。 其中，Δd为固定阈值，该Δd可以为区域图像获取装置20在当前对地高度下的最小可识别 目标尺寸对应的相邻像素之间的物理距离，即如果最小可识别目标尺寸为x*x m2，区域图 像最小可识别的单边像素和为Sum，则Δd=x/Sum。
在自适应调节区域图像获取装置20的焦距后，以预先获取的作业目标的外轮廓图像f 目标为模板进行特征点提取，在自适应调节焦距后拍摄的区域图像中进行特征点匹配搜索，从而确定该区域图像中的作业目标所在的第二位置，并识别作业目标的轮廓。
其中，在获取区域图像时，区域图像获取装置20的光轴可以垂直于地平面。在获取区域图像后，可以在区域图像中建立以像素数量为单位的图像坐标系。在识别作业目标的轮廓后，计算区域图像中作业目标轮廓中心的图像坐标g(x g1 ,y g1 )，并设区域图像获取装置20在区域图像上的投影坐标为区域图像的中心坐标g(x g1 ,y g1 )，通过下述公式可以计算得到精确目标位置，即精确目标变幅长度L target2 和精确目标回转角度θ target2 ：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
通过将最终确定的精确目标变幅长度L target2 和精确目标回转角度θ target2 发送至起重机的控制器，并控制起重机的臂架向精确目标位置移动，可以最终完成吊装的精准控制定位。
需要说明的是，上述关于精确目标位置的计算公式与前述初始目标位置的计算公式原理类似，因此不做赘述。此外，为便于计算，区域图像获取装置20可以设置于取物装置的悬挂位置（例如臂架顶端），如此臂架的当前变幅长度L pre 和当前回转角度θ pre 即为区域图像获取装置20所在位置对应的变幅长度L pre2 和回转角度θ pre2 。
在本发明一种可选实施方式中，初始目标位置可以包括初始目标变幅长度L target1 和初始目标回转角度θ target1 。处理装置30还被配置为：在臂架的当前变幅长度与初始目标变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值并且臂架的当前回转角度与初始目标回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值时，确定臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内。
具体地，如图4所示，初始目标位置（即点C所在位置）可以通过初始目标变幅长度L target1 和初始目标回转角度θ target1 表示。在起重机执行吊装动作过程中，当起重机的臂架的 当前变幅长度L pre 与初始目标变幅长度L target1 的关系和当前回转角度θ pre 与初始目标回转 角度θ target1 的关系分别满足
Figure DEST_PATH_IMAGE011
时，可以确定臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内。其中，∆θ和∆L为固定阈 值。具体地，∆θ、∆L可以为依据起重机吊装工况臂长、臂架顶端对地高度、运动控制曲线以 及控制电流特性设定的经验值。
在本发明一种可选实施方式中，如图2所示，定位系统还可以包括无线图传装置50，该无线图传装置50用于建立全景图像获取装置10和/或区域图像获取装置20与处理装置30之间的通信。其中，该无线图传装置50可以包括发射器和接收器，全景图像获取装置10和区域图像获取装置20与发射器连接，处理装置30与接收器连接。接收器可以安装在起重机的基础臂侧面，并与发送器保持垂直对射，以进行起重机的作业场景的图像和数据的实时传输。处理装置30与人机交互装置40可以安装在起重机的驾驶室内。该人机交互装置40可以例如为触摸显示屏，处理装置30在接收到图像数据后，可以采用视频流编解码，以逐帧读取图像并显示于触摸显示屏上，操作人员通过触摸显示屏进行作业目标的触控点选，处理装置30基于用户的操作进行数据处理、云台控制和目标定位等功能。
在本发明一种可选实施方式中，处理装置30还被配置为：获取起重机的臂架的臂长和起重机的卷扬倍率和卷扬绳长，并根据获取的卷扬倍率、卷扬绳长和臂架的臂长确定取物装置（例如吊钩）的对地高度，该取物装置可以例如设置于臂架顶端。具体地，根据卷扬倍率Ratio、卷扬绳长L 绳和臂长L 臂，可以通过以下公式实时计算取物装置的对地高度H pre 。
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
其中，A为预定系数，h为臂架顶端的对地高度。可以理解的是，当取物装置下方存在被吊载荷时，h为臂架顶端与被吊载荷之间的垂直高度，对地高度H pre 为取物装置与被吊载荷之间的垂直高度。通过将取物装置的对地高度H pre 发送至起重机的控制器，可以控制取物装置对目标的自动吊装，从而提高定位系统的自动化水平。
如图5所示，在本发明一种具体实施方式中，起重机可以为动臂起重机，全景图像获取装置10可以为全景相机，区域图像获取装置20可以为可变焦单目相机，测距装置可以为激光雷达，人机交互装置40可以为触摸显示屏。另外，用于起重机吊装作业的定位系统还可以包括高精度的倾角传感器、无线图传装置以及处理装置等。作为一种优选实施方式，取物装置、全景相机、可变焦单目相机、激光雷达、全景相机云台、区域相机云台以及倾角传感器可以安装于起重机的臂架顶端，并用于进行作业视场的自调整、相对距离检测以及作业场景的全景拼接成像。全景相机云台和区域相机云台可以分体设置，也可以一体集成为一数控云台，并且该数控云台还可以用于控制激光雷达的姿态变换。在一个例子中，在安装该定位系统时，可以调整全景相机和可变焦单目相机的安装角度并设定数控云台的初始位置，以确保全景相机和可变焦单目相机的中轴线垂直于地平面。在启动定位系统后，可以开启全景相机和可变焦单目相机。在全景相机开启后，通过实时在线拼接不同镜头拍摄的相机图像以得到全景图像，从而实现作业场景的360°全景拼接和全覆盖。可变焦单目相机的初始焦距可以为其最小焦距（例如1倍焦距），通过可变焦单目相机可以获取区域图像。同时，通过控制全景相机和可变焦单目相机的视场，可以保持全景相机所在位置在全景图像中的投影点与全景图像的中心重合，可变焦单目相机所在位置在区域图像中的投影点与区域图像的中心重合。并且，通过实时采集起重机臂架的倾斜角度，并根据采集的倾斜角度控制数控云台，可以保持全景相机的光轴始终垂直于地平面。全景相机和可变焦单目相机均可以通过无线图传装置将视频或图像传输至处理装置，并通过触摸显示屏进行显示。当起重机臂架工况满足相应的要求后，起重机的操作人员可以手动点选触摸显示屏所显示的全景图像中的作业目标，可变焦单目相机可以根据作业目标的方位自动跟踪锁定作业目标，在跟随作业目标的过程中，可变焦单目相机还可以对路径中的障碍物进行识别。在锁定作业目标后，可以将可变焦单目相机调节至最大焦距，并从区域图像中提取作业目标的呈矩形包围的外轮廓图像f 目标。处理装置可以计算全景图像中的作业目标对应的臂架的初始目标回转角度、初始目标变幅长度以及臂架动作方向，并接收臂架顶端当前的对地高度H 地、卷扬倍率和卷扬绳长等参数。处理装置将臂架顶端当前的对地高度H 地、卷扬倍率、卷扬绳长、初始目标回转角度、初始目标变幅长度以及臂架动作方向等信息发送至起重机的控制器，控制器根据上述信息自动控制臂架动作以进行吊装粗定位。
在臂架向作业目标移动的过程中，处理装置可以实时获取臂架的当前回转角度和当前变幅长度，当确定臂架的初始目标回转角度与当前回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值Δθ且臂架的初始目标变幅长度与当前变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值ΔL时，根据当前可变焦单目相机的对地高度H 地，自适应调节可变焦单目相机的焦距，以将作业目标处的视场放大，并根据先前获取的作业目标的外轮廓图像f 目标进行特征匹配，以在视场放大后的区域图像中确定作业目标的位置，并根据作业目标的位置确定精确目标变幅长度和精确目标回转角度，通过将精确目标变幅长度和精确目标回转角度发送至起重机的控制器，可以自动控制臂架动作以进行自动吊装的精确定位。
如此，通过全景视觉拼接技术和云台自动控制方法，可以进行整个吊装作业场景的全景监控和相机姿态的控制。通过将全景图像和区域图像相结合，并进行作业目标在全景图像和区域图像中的自动跟踪与坐标转换，可以克服单目相机视场小、多目全景相机测距短的问题。通过实时获取臂架的俯仰角度，可以控制全景相机的光轴始终垂直于地平面，并控制可变焦单目相机的视场角度自调整跟随。另外，通过触控点选全景图像中的作业目标，可以启动起重机的自动追踪控制的粗定位，当起重机臂架接近粗定位的初始目标位置时，可以自动控制可变焦单目相机变焦，并且在变焦后的区域图像中自动锁定作业目标，通过作业目标在区域图像中的位置可以自动计算作业目标的精确目标位置，从而能够实现起重机的自动精准吊装定位。
另一方面，本发明实施方式还提供一种用于起重机吊装作业的定位方法，在起重机的臂架上设有全景图像获取装置和区域图像获取装置，并且区域图像获取装置的焦距可变。该用于起重机吊装作业的定位方法可以包括：
步骤S10，通过全景图像获取装置获取起重机的臂架下方的预定作业区域内的全景图像。
步骤S20，根据作业目标在全景图像中的第一位置确定作业目标的初始目标位置。
步骤S30，在确定起重机的臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内时，调节区域图像获取装置的焦距以通过区域图像获取装置获取作业目标所在位置的区域图像。
步骤S40，根据作业目标在区域图像中的第二位置确定作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定。
在本发明一种可选实施方式中，上述步骤S20可以包括：
步骤S21，获取作业目标在全景图像中的第一位置和起重机的臂架的当前位置。
步骤S22，获取全景图像获取装置在臂架上的安装位置。
步骤S23，确定全景图像获取装置在全景图像中的投影位置。
步骤S24，确定全景图像中相邻像素之间的物理距离。
步骤S25，根据作业目标在全景图像中的第一位置、全景图像获取装置在全景图像中的投影位置、全景图像获取装置在臂架上的安装位置、臂架的当前位置以及全景图像中相邻像素之间的物理距离确定作业目标的初始目标位置。
进一步地，起重机的臂架上可以设有测距装置，上述步骤S23可以包括：
步骤S231，确定测距装置在全景图像中的投影位置与预定的参照对象在全景图像中的对应位置之间的像素数量。
步骤S232，通过测距装置检测参照对象与测距装置之间的参照物理距离。
步骤S233，获取参照对象相对于测距装置的方位角度。
步骤S234，根据确定的像素数量、检测的参照物理距离以及获取的方位角度确定全景图像中相邻像素之间的物理距离。
在本发明一种可选实施方式中，上述步骤S30可以包括：根据区域图像获取装置的对地高度调节区域图像获取装置的焦距，并通过调节焦距后的区域图像获取装置获取作业目标所在位置的区域图像。
其中，根据区域图像获取装置的对地高度调节区域图像获取装置的焦距可以包括：调节区域图像获取装置的焦距以使得区域图像获取装置拍摄的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内。其中，相邻像素之间的物理距离可以根据区域图像获取装置的对地高度和区域图像获取装置的焦距确定。进一步地，该预设物理距离范围可以根据区域图像获取装置在当前对地高度下的最小可识别目标尺寸对应的相邻像素之间的物理距离确定。
在本发明一种可选实施方式中，上述步骤S40可以包括：以预先获取的作业目标的外轮廓图像为模板进行特征点提取，并根据特征点在区域图像中进行特征点匹配搜索，以确定作业目标在区域图像中的第二位置，随后根据第二位置确定作业目标的精确目标位置。其中，作业目标的外轮廓图像可以通过以下步骤获取：在获取全景图像后，根据全景图像中的第一位置和区域图像获取装置的对地高度调节区域图像获取装置的姿态，以使得区域图像获取装置自动跟随并锁定作业目标；在区域图像获取装置锁定作业目标后，控制区域图像获取装置以轮廓获取焦距获取作业目标的外轮廓图像，其中轮廓获取焦距根据作业目标与区域图像获取装置之间的距离确定。
在本发明一种可选实施方式中，初始目标位置可以包括初始目标变幅长度和初始目标回转角度，用于起重机吊装作业的定位方法还可以包括：在臂架的当前变幅长度与初始目标变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值且臂架的当前回转角度与初始目标回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值时，确定臂架移动至初始目标位置的预设空间距离范围内。
在本发明一种可选实施方式中，用于起重机吊装作业的定位方法还可以包括：显示全景图像并获取用户针对全景图像的目标选择操作，并根据目标选择操作确定作业目标在全景图像中的第一位置。
在本发明一种可选实施方式中，全景图像获取装置在获取全景图像时光轴垂直于地平面，区域图像获取装置在获取区域图像时光轴垂直于地平面。
在本发明一种可选实施方式中，用于起重机吊装作业的定位方法还可以包括：检测起重机的臂架的倾斜角度，并根据检测到的倾斜角度调整全景图像获取装置的姿态，以使得全景图像获取装置的光轴始终垂直于地平面。
在本发明一种可选实施方式中，全景图像获取装置和区域图像获取装置均设置于起重机的臂架的顶端，且全景图像获取装置可以为全景相机，区域图像获取装置可以为可变焦单目相机。
在本发明一种可选实施方式中，用于起重机吊装作业的定位方法还可以包括：控制起重机的臂架向初始目标位置或精确目标位置移动。
关于本发明实施方式中用于起重机吊装作业的定位方法的更多的细节可以参照上文关于用于起重机吊装作业的定位系统的描述，并能够取得与上述的用于起重机吊装作业的定位系统相同或相应的技术效果，故在此不再赘述。
相应地，本发明实施方式还提供一种起重机，该起重机可以包括上述的用于起重机吊装作业的定位系统。其中，该起重机可以例如为轮式起重机、履带式起重机或动臂式塔机等动臂起重机，或者该起重机也可以为平臂式塔机等平臂起重机。
此外，本发明实施方式还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于起重机吊装作业的定位方法。
在本发明上述技术方案中，通过全景图像获取装置进行全景拼接，可以实现吊装作业场景的360°全景覆盖，突破了当前视觉检测中常用的单目相机视场较小的局限性，在高度为100m时，其视场实际大小可达100m*100m。起重机在变幅或缩展臂时，通过云台控制全景图像获取装置、区域图像获取装置以及测距装置等设备的中轴线垂直对地，可以确保图像与地平面保持平行，并提高测距装置高度探测的准确度。通过全景图像，可以确定操作人员点选的作业目标对应的初始目标回转角度和初始目标变幅长度，从而实现吊装目标的粗定位，整个计算过程简单且运算速度快。在臂架接近初始目标位置时，根据区域图像获取装置的对地高度，自适应控制区域图像获取装置的焦距调整至最佳值。通过将作业目标的外轮廓图像与高清的区域图像进行图像特征点匹配，可以检测区域图像中的作业目标的位置，从而由全景图像的点选目标粗定位自动跳转至高清的区域图像中的精准定位，以实现作业目标的精准位置计算，并根据精确目标位置进行吊装过程的精准控制。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本发明各个实施方式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。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (31)

1.一种用于起重机吊装作业的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：
全景图像获取装置，设置于所述起重机的臂架上，被配置为获取所述臂架下方的预定作业区域内的全景图像；
区域图像获取装置，设置于所述臂架上，所述区域图像获取装置的焦距可变；以及
处理装置，与所述全景图像获取装置和所述区域图像获取装置通信，被配置为：
根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置；
在确定所述起重机的臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内时，调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像；
根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定。
2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述处理装置根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置，包括：
获取所述第一位置和所述臂架的当前位置；
获取所述全景图像获取装置在所述臂架上的安装位置；
确定所述全景图像获取装置在所述全景图像中的投影位置；
确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离；以及
根据所述第一位置、所述当前位置、所述安装位置、所述投影位置以及所述物理距离确定所述作业目标的初始目标位置。
3.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括测距装置，所述测距装置位于所述起重机的臂架上，所述处理装置确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离，包括：
确定所述测距装置在所述全景图像中的投影位置与预定的参照对象在所述全景图像中的对应位置之间的像素数量；
通过所述测距装置检测所述参照对象与所述测距装置之间的参照物理距离；
获取所述参照对象相对于所述测距装置的方位角度；以及
根据所述像素数量、所述参照物理距离以及所述方位角度确定所述物理距离。
4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述处理装置调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像，包括：
根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，并通过调节焦距后的所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像。
5.根据权利要求4所述的定位系统，其特征在于，所述处理装置根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，包括：
调节所述区域图像获取装置的焦距以使得所述区域图像获取装置拍摄的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内；
其中，所述相邻像素之间的物理距离根据所述区域图像获取装置的对地高度和焦距确定。
6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述预设物理距离范围根据所述区域图像获取装置在当前对地高度下的最小可识别目标尺寸对应的相邻像素之间的物理距离确定。
7.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述处理装置根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定，包括：
以预先获取的所述作业目标的外轮廓图像为模板进行特征点提取；
根据所述特征点在所述区域图像中进行特征点匹配搜索，以确定所述作业目标在所述区域图像中的第二位置；
根据所述第二位置确定所述精确目标位置。
8.根据权利要求7所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括区域相机云台，所述区域图像获取装置通过所述区域相机云台安装至所述臂架上，所述处理装置还被配置为：
在获取所述全景图像后，根据所述全景图像中的所述第一位置和所述区域图像获取装置的对地高度控制所述区域相机云台动作，以使得所述区域图像获取装置自动跟随并锁定所述作业目标；
在所述区域图像获取装置锁定所述作业目标后，控制所述区域图像获取装置以轮廓获取焦距获取所述作业目标的外轮廓图像，其中所述轮廓获取焦距根据所述作业目标与所述区域图像获取装置之间的距离确定。
9.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述初始目标位置包括初始目标变幅长度和初始目标回转角度，所述处理装置还被配置为：
在所述臂架的当前变幅长度与所述初始目标变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值且所述臂架的当前回转角度与所述初始目标回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值时，确定所述臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内。
10.根据权利要求4或8所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括测距装置，所述测距装置用于检测所述对地高度。
11.根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：
人机交互装置，被配置为接收并显示所述全景图像，并获取用户针对所述全景图像的目标选择操作；
所述处理装置与所述人机交互装置通信，还被配置为：
接收所述目标选择操作并根据所述目标选择操作确定所述第一位置。
12.根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的定位系统，其特征在于，所述全景图像获取装置在获取所述全景图像时光轴垂直于地平面，所述区域图像获取装置在获取所述区域图像时光轴垂直于地平面。
13.根据权利要求12所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：
倾角传感器，用于检测所述起重机的臂架的倾斜角度；
全景相机云台，用于调整所述全景图像获取装置的姿态；
其中，所述处理装置还被配置为：
获取所述倾斜角度；
根据所述倾斜角度控制所述全景相机云台，以使得所述全景图像获取装置的光轴始终垂直于地平面。
14.根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的定位系统，其特征在于，所述全景图像获取装置和所述区域图像获取装置均设置于所述臂架的顶端，且所述全景图像获取装置为全景相机，所述区域图像获取装置为可变焦单目相机。
15.根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的定位系统，其特征在于，所述处理装置还被配置为：
向所述起重机的控制器发送目标位置信息，以控制所述起重机的臂架向所述初始目标位置或所述精确目标位置移动。
16.一种用于起重机吊装作业的定位方法，其特征在于，所述起重机的臂架上设有全景图像获取装置和区域图像获取装置，所述区域图像获取装置的焦距可变，所述定位方法包括：
通过所述全景图像获取装置获取所述臂架下方的预定作业区域内的全景图像；
根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置；
在确定所述起重机的臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内时，调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像；以及
根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定。
17.根据权利要求16所述的定位方法，其特征在于，所述根据作业目标在所述全景图像中的第一位置确定所述作业目标的初始目标位置，包括：
获取所述第一位置和所述臂架的当前位置；
获取所述全景图像获取装置在所述臂架上的安装位置；
确定所述全景图像获取装置在所述全景图像中的投影位置；
确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离；以及
根据所述第一位置、所述当前位置、所述安装位置、所述投影位置以及所述物理距离确定所述作业目标的初始目标位置。
18.根据权利要求17所述的定位方法，其特征在于，所述起重机的臂架上设有测距装置，所述确定所述全景图像中相邻像素之间的物理距离，包括：
确定所述测距装置在所述全景图像中的投影位置与预定的参照对象在所述全景图像中的对应位置之间的像素数量；
通过所述测距装置检测所述参照对象与所述测距装置之间的参照物理距离；
获取所述参照对象相对于所述测距装置的方位角度；以及
根据所述像素数量、所述参照物理距离以及所述方位角度确定所述物理距离。
19.根据权利要求16所述的定位方法，其特征在于，所述调节所述区域图像获取装置的焦距以通过所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像，包括：
根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，并通过调节焦距后的所述区域图像获取装置获取所述作业目标所在位置的区域图像。
20.根据权利要求19所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的焦距，包括：
调节所述区域图像获取装置的焦距以使得所述区域图像获取装置拍摄的区域图像中相邻像素之间的物理距离在预设物理距离范围内；
其中，所述相邻像素之间的物理距离根据所述区域图像获取装置的对地高度和焦距确定。
21.根据权利要求20所述的定位方法，其特征在于，所述预设物理距离范围根据所述区域图像获取装置在当前对地高度下的最小可识别目标尺寸对应的相邻像素之间的物理距离确定。
22.根据权利要求16所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述作业目标在所述区域图像中的第二位置确定所述作业目标的精确目标位置，所述第二位置基于预先获取的作业目标的外轮廓图像进行确定，包括：
以预先获取的所述作业目标的外轮廓图像为模板进行特征点提取；
根据所述特征点在所述区域图像中进行特征点匹配搜索，以确定所述作业目标在所述区域图像中的第二位置；
根据所述第二位置确定所述精确目标位置。
23.根据权利要求22所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
在获取所述全景图像后，根据所述全景图像中的所述第一位置和所述区域图像获取装置的对地高度调节所述区域图像获取装置的姿态，以使得所述区域图像获取装置自动跟随并锁定所述作业目标；
在所述区域图像获取装置锁定所述作业目标后，控制所述区域图像获取装置以轮廓获取焦距获取所述作业目标的外轮廓图像，其中所述轮廓获取焦距根据所述作业目标与所述区域图像获取装置之间的距离确定。
24.根据权利要求16所述的定位方法，其特征在于，所述初始目标位置包括初始目标变幅长度和初始目标回转角度，所述定位方法还包括：
在所述臂架的当前变幅长度与所述初始目标变幅长度的差值的绝对值小于或等于预设长度阈值且所述臂架的当前回转角度与所述初始目标回转角度的差值的绝对值小于或等于预设角度阈值时，确定所述臂架移动至所述初始目标位置的预设空间距离范围内。
25.根据权利要求16至24中任意一项权利要求所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
显示所述全景图像并获取用户针对所述全景图像的目标选择操作；
根据所述目标选择操作确定所述第一位置。
26.根据权利要求16至24中任意一项权利要求所述的定位方法，其特征在于，所述全景图像获取装置在获取所述全景图像时光轴垂直于地平面，所述区域图像获取装置在获取所述区域图像时光轴垂直于地平面。
27.根据权利要求26所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
检测所述起重机的臂架的倾斜角度；
根据所述倾斜角度调整所述全景图像获取装置的姿态，以使得所述全景图像获取装置的光轴始终垂直于地平面。
28.根据权利要求16至24中任意一项权利要求所述的定位方法，其特征在于，所述全景图像获取装置和所述区域图像获取装置均设置于所述臂架的顶端，且所述全景图像获取装置为全景相机，所述区域图像获取装置为可变焦单目相机。
29.根据权利要求16至24中任意一项权利要求所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
控制所述起重机的臂架向所述初始目标位置或所述精确目标位置移动。
30.一种起重机，所述起重机包括根据权利要求1至15中任意一项权利要求所述的用于起重机吊装作业的定位系统。
31.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据权利要求16至29中任意一项权利要求所述的用于起重机吊装作业的定位方法。
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