DE29511254U1 - Device for high-energy lighting for automatic image processing tasks for position detection or quality assessment of objects for automatic docking, in particular in sunlight outdoors - Google Patents

Device for high-energy lighting for automatic image processing tasks for position detection or quality assessment of objects for automatic docking, in particular in sunlight outdoors

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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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Description

Vorrichtung zur hochenergetischen Beleuchtung für automatische Bildverarbeitungsaufgaben zur Positionserkennung oder Qualitätsbeurteilung von Gegenständen für automatischen Andockbetrieb, insbesondere bei Sonnenlicht im Freien.Device for high-energy illumination for automatic image processing tasks for position detection or quality assessment of objects for automatic docking operation, especially in sunlight outdoors.

Die automatische Erkennung z.B. der Position eines Containers ist Voraussetzung für automatischen Container-Andockbetrieb (siehe Fig. 1). Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Aufgabe: Ein Kran (1) mit Laufkatze (2) hat einen am Spreader (3) hängenden Container (5) durch 4 Videokameras (4) gesteuert auf einen Containerstapel (7) positionsgerecht zu den Container-Andockecken (6) aufzusetzen, bzw. hat einen Container (5) von einem Stapel (6) abzuheben. Das zugehörige Signalflußschema (8) zeigt, daß aus den 4 Kamera-Videobilder (K1 .... K4) mittels Bildverarbeitung (BV) laufend Positionsablagesignale &Dgr;&khgr;, Äy und &Dgr;&Rgr;&EEgr;&Igr; gewonnen werden, die auf die Kransteuerung (KRST)einwirken und die Bewegungsstellantriebe MOT steuern.The automatic detection of, for example, the position of a container is a prerequisite for automatic container docking operation (see Fig. 1). Fig. 1 shows the basic task: A crane (1) with trolley (2) has to place a container (5) hanging on the spreader (3) on a container stack (7) in the correct position relative to the container docking corners (6) controlled by 4 video cameras (4), or has to lift a container (5) from a stack (6). The associated signal flow diagram (8) shows that position offset signals Δχ, Äy and Δχ�R and Δχ�R are continuously obtained from the 4 camera video images (K1 .... K4) using image processing (BV), which act on the crane control (KRST) and control the motion actuators MOT.

Wie im Detailschema (11) gezeigt, beleuchtet eine Kurzzeit-Blitzlampe (14) über halbdurchlässigen Spiegel (13) synchron zur Kamera (12) mit Kurzzeitverschluß das Aufnahmefeld.As shown in the detailed diagram (11), a short-time flash lamp (14) illuminates the recording field via a semi-transparent mirror (13) synchronously with the camera (12) with a short-time shutter.

Bei der Erkennung mitteis Bildverarbeitung stellen die unterschiedlichen Lichtverhältnisse, Schlagschatten, Regen, Tag/Nacht die Bildverarbeitungsrechenverfahren vor unzählige Sonderfälle, d.h. Probleme und Fehlermöglichkeiten. Diese Sonderfälle entfalten, wenn es gelingt eine hochenergetische Beleuchtung herzustellen, die das Sonnenlicht um eine Größenordnung überstrahlt.When detecting using image processing, the different lighting conditions, shadows, rain, day/night, present the image processing calculation methods with countless special cases, i.e. problems and potential errors. These special cases arise when it is possible to produce high-energy lighting that outshines sunlight by an order of magnitude.

Da das Sonnenlicht ca. 1 KW Lichtenergie/m2 abstrahlt und Solarsimulationsanlagen zur Erzeugung dieser Energiedichte ca. 6 KW/m2 elektrische Leistung benötigen, sind hier wirtschaftlichere Lösungen erforderlich, um in 5 m Entfernung mit 4 Videokameras die Position von 4 Containerecken zu erfassen.Since sunlight radiates approximately 1 KW of light energy/m 2 and solar simulation systems require approximately 6 KW/m 2 of electrical power to generate this energy density, more economical solutions are required to record the position of 4 container corners at a distance of 5 m using 4 video cameras.

Die dem Antrag zugrundeliegende Vorrichtung besteht darin, die Videokameras auf kürzeste Verschiußzeit zu setzen z.B. 1/10.000 sek. und mit synchronisierten Gasentladungs-Blitzrohren nur für diese kurze Zeit die benötigte Energie zu erzeugen.The device underlying the application consists of setting the video cameras to the shortest shutter speed, e.g. 1/10,000 sec. and using synchronized gas discharge flash tubes to generate the required energy only for this short time.

Die theoretisch notwendige Energie zur Beleuchtung wäre dann pro Blitz 1/10.000 der Sonnenenergie also 0.1 Watt.The theoretical energy required for lighting would then be 1/10,000 of the solar energy per flash, or 0.1 watts.

Praktisch sind für 10-fache Überstrahlung 50 % Wirkungsgrad von Xenon Blitzröhren und 1ms als typische Leuchtdauer etwa 26 W/sek pro Blitz anzusetzen. Ein 50 % Graufilter vor der Kamera erzeugt immer noch ein 5-fach überstrahltes Bild, während ohne Blitz das Kamerabild dunkel bleibt.In practice, for 10x overexposure, 50% efficiency of xenon flash tubes and 1ms as a typical lighting duration of about 26 W/sec per flash should be assumed. A 50% gray filter in front of the camera still produces an image that is 5x overexposed while without a flash the camera image remains dark.

Eine Variante zur hochenergetischen Beleuchtung benutzt z.B. Natriumdampflampen als Scheinwerfer und Schmalband-Interferenzfilter vor der Kamera die genau auf die Natriumspektrallinien 589 nm abgestimmt sind.A variant of high-energy lighting uses, for example, sodium vapor lamps as spotlights and narrow-band interference filters in front of the camera that are precisely tuned to the sodium spectral lines 589 nm.

Die übliche Halbwertsbreite von Interferenzfiltern von ca. 13 nm im Verhältnis zum sichtbaren Bereich von 400 nm gesetzt, ergibt ebenfalls ein günstiges Beleuchtungs-Energieverhäitnis. The usual half-width of interference filters of approx. 13 nm in relation to the visible range of 400 nm also results in a favorable illumination-energy ratio.

'Mit ca. 13/400 von 1.0 KW also mit ca. 42 W Lichtieistung entspr. ca. 200 W
elektrischer Leistung von Natriumdampflampen erhält man schmalspektral eine der Sonne ebenbürtige Beleuchtung bei geringerem Leistungseinsatz zu Bildverarbeitungszwecken im Freien.'With approx. 13/400 of 1.0 KW, i.e. with approx. 42 W light output, corresponding to approx. 200 W
The electrical output of sodium vapor lamps provides narrow-spectrum illumination equivalent to that of the sun with lower power consumption for outdoor image processing purposes.

Eine Kombination von Kurzzeit-Biitzbeieuchtung und Schmalspektralbeleuchtung wie sie z.B. mit Laser-Blitzen möglich ist, in Verbindung mit Kurzzeit-Verschluß und Schmalbandfilter vor der Kamera reduziert sich die nötige Beleuchtungsenergie
weiter.A combination of short-term flash illumination and narrow-spectrum illumination, such as is possible with laser flashes, in conjunction with a short-term shutter and narrow-band filter in front of the camera, reduces the required lighting energy
further.

Claims (12)

Vorrichtung zur hochenergetischen Beieuchtung für automatische Bildverarbeitungsaufgaben zur Positionserkennung oder Qualitätsbeurteilung von Gegenständen für automatischen Andockbetrieb, insbesondere im Freien und bei Sonnenlicht.Device for high-energy illumination for automatic image processing tasks for position detection or quality assessment of objects for automatic docking operation, particularly outdoors and in sunlight. 1.) Vorrichtung zur hochenergetischen Beleuchtung zu Bildverarbeitungszwecken mittels Videokamera in freier Natur unter wechselnden Lichtverhältnissen gekennzeichnet dadurch, daß diese Beleuchtung so gewählt wird, daß das Sonnenlicht durch die hohe Energie der Beleuchtung das Sonnenlicht mehrfach überstrahlt wird, sodaß für die Bildverarbeitung stets gleiche Lichtverhältnisse herrschen unabhängig von Sonnenstand oder Tag/Nachtverhältnissen (siehe Fig. 1 Detail (11)).1.) Device for high-energy lighting for image processing purposes using a video camera in the open air under changing lighting conditions characterized by the fact that this lighting is selected in such a way that the sunlight is outshone several times by the high energy of the lighting, so that the same lighting conditions always prevail for image processing regardless of the position of the sun or day/night conditions (see Fig. 1 detail (11)). 2.) Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß Blitz-Kurzzeitbeieuchtung in Verbindung und synchron zu sehr kurzen Verschlußzeiten der elektronischen Videokamera (1/10.000 sek. oder kürzer) verwendet wird, sodaß aufzubringende Beleuchtungsenergie sich im Verhältnis der Verschlußzeit verringert.2.) Device according to claim 1, characterized in that short-term flash illumination is used in conjunction with and synchronously with very short shutter speeds of the electronic video camera (1/10,000 sec. or shorter), so that the illumination energy to be applied is reduced in proportion to the shutter speed. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß durch Beleuchtung mit schmaler Spektraibandbreite in Verbindung mit einem schmaibandigen optischen Filter vor der Kamera die aufzubringende Beleuchtungsenergie im Verhältnis der Schmalbandfilterbreite zur Breite des Solarspektrums verringert wird.3.) Device according to claim 1, characterized in that by illumination with a narrow spectral bandwidth in conjunction with a narrow-band optical filter in front of the camera, the illumination energy to be applied is reduced in the ratio of the narrow-band filter width to the width of the solar spectrum. 4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß zur Verminderung der aufzubringenden Beieuchtungsenergie sowohl kurze Verschlußzeiten in Verbindung mit Blitzbeleuchtung und schmalspektrale Beleuchtung in Verbindung mit Schmalbandfiltern zugleich in einer Beleuchtungseinheit verwendet werden.4.) Device according to claim 1, characterized in that in order to reduce the illumination energy to be applied, both short shutter times in conjunction with flash illumination and narrow-spectral illumination in conjunction with narrow-band filters are used simultaneously in one illumination unit. 5.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Kurzzeit-Blitzbeleuchtung Gasentlandungs-Blitzlampen verwendet werden z.B. Xenon- oder Kypton-Blitzentladungslampen.5.) Device according to claim 1 or 2, characterized in that for short-term flash illumination gas discharge flash lamps are used, e.g. xenon or kypton flash discharge lamps. 6.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Kurzzeit-Blitzbeleuchtung gepulste Leistungs-Laserbeleuchtung verwendet wird.6.) Device according to claim 1 or 2, characterized in that pulsed power laser lighting is used for the short-term flash lighting. 7.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Kurzzeit-Blitzbeleuchtung lichtemittierende Dioden sog. Leistungs-LED's verwendet werden.7.) Device according to claim 1 or 2, characterized in that light-emitting diodes, so-called power LEDs, are used for short-term flash lighting. 8.) Vorrichtung nach Anspruch 4 gekennzeichnet dadurch, daß zur Schmalspektraien-Blitzbeleuchtung Laserlicht oder LED (= lichtemittierende Dioden) verwendet werden.8.) Device according to claim 4, characterized in that laser light or LED (= light-emitting diodes) are used for narrow-spectrum flash illumination. 9.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Beleuchtung mit Natrium-Dampfiampen erfolgt.9.) Device according to claim 1 or 3, characterized in that the lighting is carried out with sodium vapor lamps. JO.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3 gekennzeichnet dadurch, daß als Schmalbandfilter, nach Anspruch (8) optische Interferenzfilter verwendet werden.JO.) Device according to claim 1 or 3, characterized in that optical interference filters are used as narrowband filters, according to claim (8). 11.) Vorrichtung nach Anspruch 1-10 gekennzeichnet durch die Verwendung in automatischen Andock- oder Greifsystemen für automatische Warenbewegung z.B. für automatischen Container-Umladebetrieb.11.) Device according to claims 1-10, characterized by the use in automatic docking or gripping systems for automatic goods movement, e.g. for automatic container reloading operations. 12.) Vorrichtung nach Anspruch 1-11 gekennzeichnet durch die Verwendung der Beleuchtungstechnik nach Anspruch 1 bis 4 zur automatischen Qualitätskontrollaufgabe im Freien unter wechselnden üchtverhältnissen.12.) Device according to claims 1-11 characterized by the use of the lighting technology according to claims 1 to 4 for automatic quality control tasks outdoors under changing lighting conditions.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6880712B2 (en) * 2001-07-18 2005-04-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Crane and method for controlling the crane
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CN103043535A (en) * 2013-01-06 2013-04-17 莱芜钢铁集团有限公司 Stacking system and stacking method for steel plate

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