一种用于集装箱叠放的纠偏方法与流程

本发明基于机器视觉领域，涉及数字图像处理技术，主要针对室外环境下，集装箱叠放的高精度高速度纠偏系统。

背景技术：

随着科技的不断发展，用机器代替人眼检测的视觉设备得到了广泛应用，传统人眼目检的局限性越来越突出。室外高空环境下操作机器进行集装箱叠放，对检测人员的考验极大，长时间高强度的工作也会影响检测的准确性、可靠性。目前，针对这种情况，主要有两种方式测量：一种是人眼主观为主，配合半自动化设备，进行目检对齐，然后叠放集装箱，几个小时换一班检测人员，更有甚者需要好几个检测人员配合完成，工作效率低，测量精度得不到保证；另一种是采用传感器进行测量，由于没有可视化界面，当检测出现问题、测量数据出错时，不能及时调整纠偏，发现问题，检测精度不能得到保证。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于集装箱叠放的高精度高速度纠偏系统。此发明通过以下技术和方法实现。

一种用于集装箱叠放的纠偏方法，包括下列步骤：

第一步：纠偏系统的安装

在集装箱起重机的吊具两端各固定一套图像采集设备，分别通过网线连接到工业计算机上，图像采集设备选用红外相机和红外线性激光，在红外相机的镜头前增加只允许红外光通过的滤光片，相机视野中只能看见激光的投影线条，在图像采集设备内设置恒温系统以保证设备各元器件正常工作；

第二步：纠偏系统的标定

在首次使用时对每种规格的集装箱做标定，不同的高度也要做标定，标定方法如下：在红外相机的视野中放置一块已知尺寸的标定板，红外相机对标定板进行拍照、统计标定板的像素数量，输入标定板的物理尺寸，然后计算出转化比例，不同的集装箱、不同的高度分别做一次标定；

第三步：集装箱纠偏过程

上下集装箱的偏移量计算：两套图像采集设备分别独立测量出上下集装箱的偏移量，方法如下：红外相机和红外线性激光在同一水平线上，间隔一段距离平行安装，红外相机的镜头方向和红外线性激光的出光方向平行，当红外线性激光的光线照到下面集装箱上表面和大地边沿时，在红外相机拍照的图像中一条完整的激光线条会由于红外相机的锥形视角、集装箱和大地的高度差而断开成两段线条，通过测量激光投影在集装箱上表面的线条，即可算出上下集装箱的偏移量；

上下集装箱的偏转角度计算：两套图像采集设备独立测量出上下集装箱的偏移量后，由于两个激光之间的距离已知，根据三角形的勾股定理可以计算出上下集装箱的偏转角度；

第四步：集装箱纠偏结果处理

集装箱运动到指定位置悬停后，集装箱产生晃动，工业计算机按照一定的频率输出测量结果，并根据实时测量结果绘制晃动波形图，根据波形规律，当集装箱接近波谷时，集装箱起重机实施叠放，晃动波形图的x轴为时间轴，y轴为左右偏移量的平均值和偏转角度值。

本发明具有方法简单，纠偏效果好的优点。

附图说明

附图1是检测示意图

附图2是角度分析图

附图3是检测流程图

附图1是本发明的检测示意图，侧视图中1为集装箱起重机的吊具，2为安装在吊具侧面的图像采集设备，3为吊起来的集装箱；俯视图中4为红外激光投射在集装箱的红外线条。附图2是本发明的角度分析图，21下面集装箱的上边沿，22为要叠放的集装箱下边沿，23、25为激光在下面集装箱上表面的投影，24为两个激光的物理距离，26为集装箱叠放时的偏转角度，27为激光在地面的投影。

具体实施方式

下面将结合附图对产品做进一步的阐述。

结合附图1，本发明主要应用在集装箱码头，通过纠偏系统校正当前起重机吊着的集装箱和下面的集装箱之间的相对位移、偏转角度，从而指导集装箱起重机进行偏移调整，角度调整，实现自动叠放。

第一步：纠偏系统的安装

在集装箱起重机的吊具两端各安装一套图像采集设备，分别通过网线连接到工业计算机上。集装箱叠放都在室外环境，为了避免外界可见光线对纠偏精度的干扰，选用红外相机和红外线性光源，另外在红外相机的镜头前增加只允许红外光通过的滤光片。这样相机视野中只能看见激光的投影线条，纠偏很稳定。由于室外的环境温度差异较大，在图像采集设备内安装恒温系统，保证设备各元器件正常工作。

第二步：纠偏系统的标定

集装箱的尺寸规格分不同类型，导致叠放不同规格集装箱时，吊具的高度、宽度、长度会有所不同，安装在吊具两端的图像采集设备的距离也会发生变化，相机的视野也会发生变化，实际中的物理尺寸与相机像素的转换比例会不同。为保证精度，需要在首次使用时对每种规格的集装箱做标定，不同的高度也要做标定。标定过程为在相机的视野中放置一块已知尺寸的标定板，相机对标定板进行拍照、软件统计标定板的像素数量，手动输入标定板的物理尺寸，然后计算出转化比例。不同的集装箱、不同的高度分别做一次标定。

第三步：集装箱纠偏过程详解。

纠偏过程主要分为两个方面：计算上下集装箱的偏移量和偏转角度

上下集装箱的偏移量计算原理：红外相机和红外线性激光在同一水平线上，间隔一段距离平行安装。红外相机的镜头方向和红外线性激光的出光方向平行，当红外线性激光的光线照到下面集装箱上表面和大地边沿时，在红外相机拍照的图像中一条完整的激光线条会由于相机的锥形视角、集装箱和大地的高度差而断开成两段线条，通过测量激光投影在集装箱上表面的线条，即可算出上下集装箱的偏移量。具体方法：集装箱起重机吊起集装箱，运动到距离下方集装箱上表面20cm左右的高度、距离下方集装箱前边沿15cm的位置悬停。上位机发出触发信号，图像采集设备打开激光，红外相机开始拍照，软件开始分析。红外线性激光在当前测量高度下，投射到下面集装箱的线长为1米左右，所以红外线性激光一部分投影到了下面集装箱的上表面，一部分投影到地上，计算机软件在左右两幅图片中分别找到投影在下面集装箱上表面的线条，并测量出长度，即为左右两边各自的偏移量。偏转角度计算：附图2为偏转角度计算的一个虚拟示意图，实际测量中左右两边的测量设备没有关联，偏转角度只是逻辑关系计算出来的。附图2中，线长ab为左边图像采集设备计算出来的集装箱偏移量，线长cd为右边图像采集设备计算出来的偏移量，线长ed为两个激光之间的距离，线长ae为左右两端计算出偏移量的差值。在△aed中，已知线长ed，计算出线长ae，运用三角函数求出集装箱的偏转角度，即tanθ＝ae/ed(具体见附图2)。

第四步：集装箱纠偏结果处理

集装箱被集装箱起重机吊起运动到指定位置悬停后，会小幅度晃荡。这时需要纠偏系统能够进行动态纠偏。集装箱运动到指定位置后，触发纠偏系统开始工作，此系统以每秒钟50次的频率输出左右偏移量的平均值和偏转角度值，并根据实时检测结果绘制晃动波形图。晃动波形图的x轴为时间轴，y轴为左右偏移量的平均值和偏转角度值。根据波形规律，当集装箱接近波谷时，上下两个集装箱偏移最小，偏转角度最小，这时候进行集装箱叠放时，准确度最高。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于集装箱叠放的纠偏方法，包括下列步骤：纠偏系统的安装：在集装箱起重机的吊具两端各固定一套图像采集设备，分别通过网线连接到工业计算机上，图像采集设备选用红外相机和红外线性激光；第二步：纠偏系统的标定；集装箱纠偏计算,包括上下集装箱的偏移量计算和上下集装箱的偏转角度计算；集装箱纠偏结果处理：集装箱运动到指定位置悬停后，集装箱产生晃动，工业计算机按照一定的频率输出测量结果，并根据实时测量结果绘制晃动波形图，根据波形规律，当集装箱接近波谷时，集装箱起重机实施叠放。

技术研发人员：南兆龙;于振;李波;段智魁
受保护的技术使用者：天津普达软件技术有限公司
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.03.22