專利名稱：基于圖像傳感器的雙吊具橋吊定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息技術(shù)、橋吊裝卸技術(shù)領(lǐng)域，特別是具有雙吊具橋吊的定位檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
雙起升雙吊具橋吊(包括場(chǎng)橋和岸橋)是一種新型港口集裝箱裝卸機(jī)械，由于它具 有兩個(gè)起升吊具，可以同時(shí)工作，因而大大提高了集裝箱的裝卸效率。但是，這種雙起升雙 吊具橋吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作方式多樣；由于這種新型橋吊具有兩個(gè)可以單獨(dú)起升的吊具， 給吊具搖擺角度檢測(cè)帶來(lái)很大的難度?，F(xiàn)有的橋吊檢測(cè)裝置都是針對(duì)單吊具橋吊設(shè)計(jì)的，它們對(duì)吊具擺角的檢測(cè)均采用 了比較復(fù)雜的檢測(cè)儀器，造價(jià)高，維護(hù)不方便，準(zhǔn)確性低等缺點(diǎn)；無(wú)論從結(jié)構(gòu)上還是從功能 上來(lái)講，現(xiàn)有的單吊具橋吊擺角檢測(cè)方法很多不適合解決雙吊具橋吊的擺角檢測(cè)問(wèn)題。一般來(lái)講，橋吊控制的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)吊具的防搖和負(fù)載的精確對(duì)位。現(xiàn)在使用中 的橋吊大部分都是單起升橋吊系統(tǒng)，以手工操作為主，沒(méi)有使用防搖裝置，只是在一些大型 集裝箱橋吊系統(tǒng)中為了達(dá)到更好的操作效果，提高裝卸效率，安裝了一些機(jī)械防搖裝置和 電子防搖裝置，但這些都不是自動(dòng)化橋吊系統(tǒng)，即都沒(méi)有從根本上實(shí)現(xiàn)橋吊操作的自動(dòng)控 制(即自動(dòng)防搖控制和定位控制)。在新近的一些報(bào)道中，一些機(jī)構(gòu)開(kāi)展了針對(duì)單起升橋吊 負(fù)載防搖和負(fù)載定位控制的研究和應(yīng)用，在這些橋吊控制系統(tǒng)中普遍采用了比較復(fù)雜的激 光角度儀、角度傳感器等檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)負(fù)載擺角的檢測(cè)，這些檢測(cè)裝置只適用于單吊具橋 吊負(fù)載擺角的檢測(cè)，但不能夠檢測(cè)吊具的繩長(zhǎng)，而且檢測(cè)裝置價(jià)格昂貴，使用復(fù)雜，抗干擾 能力差，維護(hù)也不方便，有的還對(duì)使用環(huán)境有特殊要求(比如采用激光儀進(jìn)行角度識(shí)別就要 求工作環(huán)境狀況良好，無(wú)塵無(wú)雨無(wú)遮擋等自然條件)，這些都限制了上述橋吊吊具擺角角度 檢測(cè)裝置的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法解決雙起升橋吊雙吊具的擺動(dòng)角度的檢測(cè)問(wèn)題和 雙吊具的吊繩長(zhǎng)度檢測(cè)問(wèn)題。本發(fā)明采用兩個(gè)視頻圖像傳感器分別拍攝兩個(gè)吊具的視頻圖 像，然后采用圖像處理方法通過(guò)對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行處理和分析，可以計(jì)算出兩個(gè)吊具及 其負(fù)載(集裝箱)的位置、吊繩長(zhǎng)度和吊具搖擺角度，然后利用這些信息完成雙起升雙吊具 橋吊的防搖定位控制。本發(fā)明為基于圖像傳感器的雙吊具橋吊定位方法，整個(gè)定位過(guò)程采取以下步驟
1)在雙吊具上設(shè)定參考坐標(biāo)系、標(biāo)定參照點(diǎn)即對(duì)雙吊具進(jìn)行標(biāo)定，分別設(shè)置標(biāo)定點(diǎn)；
2)對(duì)視頻攝像頭和視頻圖像處理器進(jìn)行初始化，兩個(gè)獨(dú)立視頻攝像頭拍攝并記錄雙吊 具特定繩長(zhǎng)時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)下的圖像，并將其傳送到視頻圖像處理器，兩個(gè)視頻圖像處理器分 析并提取當(dāng)前圖像的特征并進(jìn)行記錄，將此狀態(tài)作為雙吊具的初始參照狀態(tài)；
3)橋吊小車接收運(yùn)行命令，橋吊開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)吊具發(fā)生擺動(dòng)，吊具繩長(zhǎng)也可能發(fā)生變化，兩個(gè)視頻攝像頭將這些信息實(shí)時(shí)拍攝之后，將連續(xù)的視頻幀分別傳送給兩個(gè)視頻圖像 處理器；
4)視頻圖像處理器首先對(duì)連續(xù)的視頻幀進(jìn)行過(guò)濾、存儲(chǔ)、時(shí)序提取等預(yù)處理，然后根據(jù) 控制要求實(shí)時(shí)抽取其中的個(gè)別圖像幀進(jìn)行分析處理，即根據(jù)圖像識(shí)別算法，識(shí)別并提取出 該幀圖像中的標(biāo)定點(diǎn)和標(biāo)定圖標(biāo)的信息，利用圖像位置處理算法和圖像深度恢復(fù)算法，實(shí) 時(shí)計(jì)算出該幀圖像中吊具偏移原點(diǎn)的位移信息和吊具繩長(zhǎng)的信息，再利用計(jì)算公式得到該 幀時(shí)刻吊具的實(shí)際擺角，之后，將該幀時(shí)刻吊具的擺角信息和繩長(zhǎng)信息實(shí)時(shí)傳送給橋吊控 制計(jì)算機(jī)，完成當(dāng)前控制周期的防搖定位控制；
5)在下一個(gè)控制周期，開(kāi)始進(jìn)行新的圖像的實(shí)時(shí)拍攝、預(yù)處理、提取、識(shí)別和信息傳送 的步驟，直到接收到橋吊控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的停止工作的命令。另外，根據(jù)橋吊操作需要，兩個(gè)視頻圖像處理器的視頻圖像也可以發(fā)送到駕駛室 上顯示屏，供橋吊司機(jī)手動(dòng)定位操作參考。有益效果
本發(fā)明不需要額外的其它傳感器或檢測(cè)裝置，只用兩只視頻攝像頭、相應(yīng)的標(biāo)定方法、 兩個(gè)視頻圖像處理單元和控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)相應(yīng)的圖像識(shí)別方法和計(jì)算，就能夠完成對(duì)雙 吊具的擺角以及吊繩長(zhǎng)度的檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙吊具橋吊的防搖和定位控制。目前還沒(méi)有針對(duì)雙吊具橋吊的定位裝置和方法的報(bào)道。相對(duì)于傳統(tǒng)的單吊具橋吊 吊具擺角檢測(cè)技術(shù)，本發(fā)明涉及的定位方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用有效，成本低廉，使用方便，既能 用于雙吊具橋吊防搖定位控制系統(tǒng)的擺角檢測(cè)、又能夠?qū)Φ趵K長(zhǎng)度信息進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè) 信息也可用于橋吊司機(jī)的手動(dòng)操作參考。


圖1基于圖像傳感器的雙吊具橋吊定位方法示意圖。圖中標(biāo)號(hào)。1 (2)、集卡 3 (4)、集裝箱 5 (6)、吊具 7 (8)、視頻攝像頭。9 (10)、視頻圖像處理器 11、橋吊控制計(jì)算機(jī) 12、橋吊的小車 13、橋吊的駕駛室14、橋吊的大車15、橋吊的吊繩16 (17)、標(biāo)定點(diǎn)
18、橋吊小車的移動(dòng)機(jī)構(gòu) 19、橋吊大車的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及的橋吊圖像檢測(cè)定位系統(tǒng)的具體工作過(guò)程如下(見(jiàn)附圖1)
新型雙起升雙吊具橋吊一次可以同時(shí)裝卸兩個(gè)40英尺集裝箱或4個(gè)20英尺集裝箱。 橋吊設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的吊具5、6，它們可以同時(shí)工作，也可以分別工作；安裝于橋吊小車12正 下方的兩個(gè)視頻攝像頭7、8，可以分別拍攝兩個(gè)吊具5、6的運(yùn)行情況，并將拍攝的視頻圖像 信息實(shí)時(shí)傳送給對(duì)應(yīng)于攝像頭7、8的視頻圖像處理器9、10進(jìn)行分析處理；可以對(duì)攝像頭 拍攝到的吊具工作圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)地分析處理，提取吊具的位置信息，并計(jì)算出吊具的擺角
和擺動(dòng)角速度i根據(jù)圖像識(shí)別原
理，先要在吊具目標(biāo)圖像上設(shè)定參考坐標(biāo)系，并標(biāo)定某些參照點(diǎn)(標(biāo)定)，再拍攝圖像，然后 利用圖像處理的方法，得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的信息。獲得目標(biāo)圖像相對(duì)位置的方法有很多，例如，本發(fā)明中可以采用如下方法計(jì)算設(shè)某個(gè)吊具上兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A( xa，Λ )和 ΒΓχ,， yh ),則它們間的初始距離為rf =、!(:&-、)2+Cmf，兩點(diǎn)的中心C的初始坐標(biāo)
(x。，y。)為(5i^ft，),根據(jù)等比變換原理，當(dāng)?shù)蹙甙l(fā)生位移后，兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)之間
的實(shí)際距離D可以由圖像處理算法計(jì)算得到，于是實(shí)際的吊具坐標(biāo)(X。，Y。)為，%
權(quán)利要求
一種基于圖像傳感器的雙吊具橋吊定位方法，其特征在于，整個(gè)定位過(guò)程采取以下步驟1)在雙吊具上設(shè)定參考坐標(biāo)系、標(biāo)定參照點(diǎn)即對(duì)雙吊具(5)、(6)進(jìn)行標(biāo)定，分別設(shè)置標(biāo)定點(diǎn)(16)、(17)； 2)對(duì)視頻攝像頭和視頻圖像處理器進(jìn)行初始化，兩個(gè)獨(dú)立視頻攝像頭(7)、(8)拍攝并記錄雙吊具特定繩長(zhǎng)時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)下的圖像，并將其傳送到視頻圖像處理器，兩個(gè)視頻圖像處理器(9)、(10)分析并提取當(dāng)前圖像的特征并進(jìn)行記錄，將此狀態(tài)作為雙吊具的初始參照狀態(tài)；3)橋吊小車接收運(yùn)行命令，橋吊開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)吊具發(fā)生擺動(dòng)，吊具繩長(zhǎng)也可能發(fā)生變化，兩個(gè)視頻攝像頭將這些信息實(shí)時(shí)拍攝之后，將連續(xù)的視頻幀分別傳送給兩個(gè)視頻圖像處理器；4)視頻圖像處理器首先對(duì)連續(xù)的視頻幀進(jìn)行過(guò)濾、存儲(chǔ)、時(shí)序提取等預(yù)處理，然后根據(jù)控制要求實(shí)時(shí)抽取其中的個(gè)別圖像幀進(jìn)行分析處理，即根據(jù)圖像識(shí)別算法，識(shí)別并提取出該幀圖像中的標(biāo)定點(diǎn)和標(biāo)定圖標(biāo)的信息，利用圖像位置處理算法和圖像深度恢復(fù)算法，實(shí)時(shí)計(jì)算出該幀圖像中吊具偏移原點(diǎn)的位移信息和吊具繩長(zhǎng)的信息，再利用計(jì)算公式得到該幀時(shí)刻吊具的實(shí)際擺角，之后，將該幀時(shí)刻吊具的擺角信息和繩長(zhǎng)信息實(shí)時(shí)傳送給橋吊控制計(jì)算機(jī)(11)，完成當(dāng)前控制周期的防搖定位控制；5)在下一個(gè)控制周期，開(kāi)始進(jìn)行新的圖像的實(shí)時(shí)拍攝、預(yù)處理、提取、識(shí)別和信息傳送的步驟，直到接收到橋吊控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的停止工作的命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙吊具橋吊定位方法，其特征在于所述的步驟2)的視頻圖 像處理器(9)、(10)均安裝在橋吊的小車(12)上，它由CPU、視頻處理模塊、存儲(chǔ)器、I/O單 元等組成，它的輸入端與視頻攝像頭(7)、(8)連接，它的輸出端與控制計(jì)算機(jī)(11)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙吊具橋吊定位方法，其特征在于所述的步驟1)的標(biāo)定點(diǎn) (16)、(17)分別位于橋吊的小車(12)上的視頻攝像頭(7)、(8)的正下方的吊具(5)、(6) 上，標(biāo)定點(diǎn)包括特定的幾何圖形和特定的參考點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明為基于圖像傳感器的雙吊具橋吊定位方法，所述的雙吊具上設(shè)置標(biāo)定點(diǎn)(16)、(17)，兩個(gè)獨(dú)立的視頻攝像頭(7)、(8)分別拍攝雙吊具的擺動(dòng)圖像，將視頻幀傳送給對(duì)應(yīng)于視頻攝像頭的視頻圖像處理器(9)、(10)。視頻圖像處理器由CPU、視頻處理模塊、存儲(chǔ)器、I/O單元等組成，它的輸入端與視頻攝像頭連接，它的輸出端與控制計(jì)算機(jī)(11)連接，通過(guò)圖像位置處理算法和圖像深度恢復(fù)算法計(jì)算，得到吊具的擺角信息和繩長(zhǎng)信息，并將其實(shí)時(shí)傳送給控制計(jì)算機(jī)，完成當(dāng)前控制周期的防搖定位控制；本發(fā)明涉及的定位方法簡(jiǎn)單，成本低廉，使用方便，既能用于雙吊具橋吊防搖定位控制系統(tǒng)的擺角和吊繩長(zhǎng)度的信息反饋，又能用于橋吊司機(jī)的手動(dòng)操作參考。
文檔編號(hào)B66C13/06GK101934982SQ20101029667
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者康偉, 徐為民, 沈愛(ài)弟, 褚建新, 顧偉 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)