本發(fā)明涉及一種基于車頭檢測(cè)的集裝箱卡車定位與引導(dǎo)方法，尤其是一種利用車頭檢測(cè)技術(shù)針對(duì)港口裝卸集裝箱時(shí)卡車的定位與引導(dǎo)方法。

背景技術(shù)：

集裝箱卡車是港口集裝箱運(yùn)輸、裝卸的重要物流工具。通常情況下，集裝箱進(jìn)行裝卸前需要集卡按既定車道進(jìn)入指定區(qū)域，港口的龍門吊等起重設(shè)備開(kāi)動(dòng)至集卡上方，放下吊具對(duì)集裝箱進(jìn)行裝卸。在此過(guò)程中，集裝箱龍門吊下集卡能否快速準(zhǔn)確定位，不僅影響集裝箱起重機(jī)的作業(yè)效率，同時(shí)也影響到卡車司機(jī)及龍門吊的作業(yè)安全。傳統(tǒng)的定位方法有人工參與或激光定位，前者效率較低，影響港口整體效率；后者需要激光掃描設(shè)備，成本高且維護(hù)復(fù)雜。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)使用相機(jī)和圖像處理算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤，檢測(cè)精度較高，速度及實(shí)時(shí)性較好，適用于集卡自動(dòng)定位與引導(dǎo)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于車頭檢測(cè)的集裝箱卡車定位與引導(dǎo)方法，將集裝箱在規(guī)定區(qū)域的位置直觀的傳遞給卡車駕駛員，實(shí)現(xiàn)集裝箱卡車的定位和引導(dǎo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于車頭檢測(cè)的集裝箱卡車定位與引導(dǎo)方法，步驟如下：

1)龍門吊上安裝工業(yè)相機(jī)，進(jìn)行一次定位點(diǎn)標(biāo)定；

2)在視頻圖像中檢測(cè)車頭，通過(guò)車頭位置判斷車頭的運(yùn)動(dòng)方向；

3)通過(guò)直線檢測(cè)判斷是否存在集裝箱，如果滿足條件則計(jì)算集裝箱邊緣與定位點(diǎn)的偏差角度和集裝箱右前角點(diǎn)與定位點(diǎn)的相對(duì)距離，并通過(guò)顯示裝置將集裝箱在規(guī)定區(qū)域的位置傳遞給駕駛員，實(shí)現(xiàn)集裝箱卡車的定位和引導(dǎo)。

所述步驟1)的具體過(guò)程為：在龍門吊上安裝工業(yè)相機(jī)，根據(jù)每臺(tái)龍門吊下卡車需要的?？课恢茫O(shè)置虛擬定位點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整相機(jī)角度，將虛擬定位點(diǎn)移動(dòng)至相機(jī)顯示圖像上確定的某一坐標(biāo)。

所述步驟2)的具體過(guò)程為：對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，通過(guò)模板匹配算法實(shí)現(xiàn)車頭的自動(dòng)檢測(cè)；當(dāng)車頭進(jìn)入視場(chǎng)，檢測(cè)得到車頭中心點(diǎn)坐標(biāo)，將檢測(cè)到車頭的圖像定義為第一幀圖像；通過(guò)第一幀圖像的車頭位置以及第一幀圖像后的一幀圖像中的車頭位置判斷出車頭運(yùn)動(dòng)方向。

對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理時(shí)，采用的幀頻為每秒5幀。

所述步驟3)的具體過(guò)程為：

31)根據(jù)車頭運(yùn)動(dòng)方向和車頭中心點(diǎn)坐標(biāo)，在車頭運(yùn)動(dòng)的反方向選定感興趣區(qū)域，通過(guò)直線檢測(cè)算法在感興趣區(qū)域中檢測(cè)置信度最高的四條邊界，若該四條邊界圍成的圖形為矩形時(shí)，則判斷卡車牽引集裝箱并繼續(xù)步驟32)；

32)計(jì)算集裝箱任意一個(gè)邊界與虛擬定位點(diǎn)垂直方向的夾角，計(jì)算集裝箱四個(gè)角點(diǎn)與虛擬定位點(diǎn)的距離，其中最小距離即為右前角點(diǎn)與虛擬定位點(diǎn)的距離，進(jìn)而得到右前角點(diǎn)與虛擬定位點(diǎn)的垂直和水平距離，并在引導(dǎo)電子屏幕上顯示；

33)集卡司機(jī)根據(jù)電子屏幕顯示的夾角和距離駕駛車輛，完成集卡的定位與引導(dǎo)。

所述直線檢測(cè)算法采用hough直線檢測(cè)算法。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

龍門吊在使用前只需在龍門吊上安裝一臺(tái)工業(yè)相機(jī)，通過(guò)調(diào)整相機(jī)角度即可完成虛擬定位點(diǎn)的標(biāo)定，虛擬定位點(diǎn)的位置可以進(jìn)行多次移動(dòng)，標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單、使用方便、成本較低；通過(guò)圖像模板匹配得到卡車車頭位置，由連續(xù)幀車頭的位置變化確定卡車運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)而確定集裝箱可能存在的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)通過(guò)直線檢測(cè)方法檢測(cè)集裝箱，可以消除地面復(fù)雜背景的不利影響，提高集裝箱檢測(cè)的準(zhǔn)確率和效率；集裝箱與虛擬定位點(diǎn)的角度和位置偏差直接顯示至卡車駕駛室，駕駛員可以直觀的獲取卡車定位與引導(dǎo)結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的系統(tǒng)布置圖；

圖2本發(fā)明方法的流程圖；

圖3引導(dǎo)電子屏顯示示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。

參照?qǐng)D1、圖2和圖3，一種基于車頭檢測(cè)的集卡定位與引導(dǎo)方法，包括如下步驟：

步驟1：在龍門吊吊架上安裝工業(yè)相機(jī)(圖1中標(biāo)號(hào)1所示)拍攝引導(dǎo)車道的圖像，圖像的原點(diǎn)(0,0)定義為圖像左下角點(diǎn)；在集卡需要?？课恢玫挠仪胺竭m當(dāng)位置選取定位點(diǎn)a(圖1中標(biāo)號(hào)2所示)，調(diào)整相機(jī)角度和位置，將定位點(diǎn)a移動(dòng)至圖像的(xa,ya)坐標(biāo)處；定位點(diǎn)與相機(jī)的相對(duì)位置固定，龍門吊移動(dòng)時(shí)定位點(diǎn)在圖像中一直位于(xa,ya)坐標(biāo)；

步驟2：相機(jī)按一定幀頻拍攝下方車道的圖像，對(duì)圖像進(jìn)行逐幀處理，首先通過(guò)模板匹配算法檢測(cè)車頭，車頭模板圖t的大小為mx×my，實(shí)時(shí)圖s的大小為nx×ny，匹配時(shí)模板圖疊放在實(shí)時(shí)圖上平移，模板圖覆蓋下的那塊實(shí)時(shí)圖定義為s^i,j，通過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離來(lái)衡量模板和實(shí)時(shí)圖的相似程度：

匹配置信度d(i,j)大于一定閾值表示檢測(cè)到車頭，并得到車頭中心點(diǎn)坐標(biāo)(i,j)，此時(shí)繼續(xù)步驟3；置信度小于閾值表示未檢測(cè)到車頭，則循環(huán)步驟2；

步驟3：檢測(cè)到車頭后，根據(jù)已知的集卡運(yùn)動(dòng)方向，在運(yùn)動(dòng)的反方向選取w×l的感興趣區(qū)域roi，其寬度w大于車道寬度，長(zhǎng)度l大于集裝箱長(zhǎng)度，該區(qū)域包含集卡的集裝箱或車架部分，繼續(xù)步驟4；當(dāng)車頭駛出視場(chǎng)后，跳回步驟2；

步驟4：在roi區(qū)域內(nèi)通過(guò)hough直線檢測(cè)算法檢測(cè)直線，任意一條直線都可以用參數(shù)ρ和θ完全確定，其中ρ表示該直線到原點(diǎn)的垂直距離，θ表示x軸到直線垂線的角度，θ取值范圍為-90°～90°，函數(shù)方程可表示為：

f(ρ,θ)＝ρ-xcosθ-ysinθ＝0

hough變換將圖像坐標(biāo)空間中的點(diǎn)變換到參數(shù)空間，圖像坐標(biāo)空間中每一個(gè)點(diǎn)計(jì)算出一對(duì)(ρ，θ)，對(duì)應(yīng)的累加器h(ρ，θ)加一。當(dāng)集卡牽引集裝箱時(shí)，roi區(qū)域內(nèi)主要目標(biāo)為集裝箱，其四條邊界特征明顯，從累加器數(shù)組h中找四個(gè)極大值，對(duì)應(yīng)的(ρ，θ)即為集裝箱四條邊界的直線參數(shù)：

f1(ρ1,θ1)＝ρ1-xcosθ1-ysinθ1＝0

f2(ρ2,θ2)＝ρ2-xcosθ2-ysinθ2＝0

f3(ρ3,θ3)＝ρ3-xcosθ3-ysinθ3＝0

f4(ρ4,θ4)＝ρ4-xcosθ4-ysinθ4＝0

其中θ1<θ2<θ3<θ4；

當(dāng)四條直線滿足如下條件：

|θ1-θ2|<ε

|θ3-θ4|<ε

90°-ε<|θ1-θ3|<90°+ε

ε為設(shè)定的閾值；

則判斷集卡牽引集裝箱，繼續(xù)步驟5；四條直線均不滿足上述條件，則認(rèn)為集卡未牽引集裝箱，跳回步驟2；

步驟5：由四條邊界的直線方程，計(jì)算f1、f2與f3、f4的交點(diǎn)(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)和(x4,y4)，該四個(gè)點(diǎn)即為集裝箱頂面四個(gè)角點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo)；

計(jì)算集裝箱邊緣與圖像垂直方向的夾角：

α＝min(θ1,θ2,θ3,θ4)

計(jì)算四個(gè)角點(diǎn)與原點(diǎn)的距離：

四個(gè)角點(diǎn)中右前角點(diǎn)與虛擬定位點(diǎn)的距離最小，即右前角點(diǎn)編號(hào)：

t＝argmin(lt)t∈{1,2,3,4}

得到集裝箱右前角點(diǎn)與虛擬定位點(diǎn)a的橫向距離

x＝|xa-xt|

與縱向距離

y＝|ya-yt|

引導(dǎo)電子屏幕上顯示集裝箱位置、虛擬定位點(diǎn)a和計(jì)算出的傾斜角度α、橫向距離x、縱向距離y，如圖3；

步驟6：集卡司機(jī)根據(jù)電子屏幕顯示的夾角和距離駕駛車輛，完成集卡的定位與引導(dǎo)。

作為優(yōu)選，所述集卡定位與引導(dǎo)方法步驟4和5的刷新頻率與步驟2中相機(jī)采集圖像頻率相同，本實(shí)例中取每秒處理5幀圖像。