一种基于视觉扫描的船槽定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机视觉技术和图像处理结合技术领域，具体设及一种用于船舶集 装箱装卸的基于视觉扫描的船槽定位方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界经济一体化和外贸经济的迅速发展，集装箱运输逐渐成为了当今航运的 必然发展方向。集装箱码头、港口的运输主要包括集装箱堆放、集装箱运输、集装箱装卸作 业，其中的集装箱的装卸效率直接影响到船公司和港口装卸的市场竞争力，随着集装箱运 输量的不断增长和集装箱船的吨位增加，集装箱码头的装卸效率必须要得到提高，增强集 装箱装卸的自动化是提高集装箱装卸效率的有效途径之一，其核屯、部分就是对船舶集装箱 导轨定位(船槽)和箱体定位，进而引导起重机吊具的抓取、装卸等后续作业。
[0003] 为了实现集装箱运输的自动化，提高码头集装箱装卸效率W及安全性，该领域的 相关国内外研究者对此都有研究，其中与本发明最接近的技术方案包括:发明专利（申请 号：201410400655.8，名称:一种集装箱装、卸船操作方法、装船操作系统）中提出一种结合 第一终端和第二终端互相协作的集装箱装卸方法，集装箱装卸主要是通过助理人员所在的 第一终端将船上的信息确认清楚后，把位置信息传送给图形化服务器，岸桥操作人员通过 第二终端获取图形化服务器中的位置信息，再进行集装箱的装卸，该方法在整个集装箱的 装卸过程中太过依赖于工作人员的经验;发明专利（申请号:DE10107048,名称:一种集装箱 起重机装卸的方法）中提出一种方便起重机驾驶员进行集装箱装卸的方法，驾驶员可通过 观察监视器操作触摸屏，使起重机达到预先设定的目标位置，该方法虽然便利了操作，但在 装卸集装箱时依赖于工作人员操作熟练程度；
[0004] 综上所述，在实现船舶集装箱的装卸时，现有的方法无法完全脱离集装箱本身进 行操作，并且过多依赖于操作人员的经验，特别是在船舶为空船时，怎样精确地将集装箱放 置在指定的船槽位置，运对于整个集装箱装卸是一个至关重要的工作，本发明针对运一不 足提出了一种基于视觉扫描的船槽定位方法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于视觉扫描的船 槽定位方法，该方法极大方便了司机远程操控船舶的集装箱装卸作业，提升了船舶集装箱 装卸数字化和智能化水平，提高作业效率并提高集装箱装卸工作的安全性。
[0006] 本发明的具体技术方案如下：
[0007] 所述的一种基于视觉扫描的船槽定位方法，包括集装箱船槽舱位扫描、船槽舱位 图像拼接、图像预处理与数学形态学船槽边缘检测、船槽舱位边缘直线检测、船槽舱位分段 及船槽定位，
[0008] 所述集装箱船槽舱位扫描：当需要进行集装箱装卸时，首先使用已标定完成的双 目视觉系统，W集装箱船靠岸一侧为起点，逐渐移动吊具并不断拍摄船槽舱位图像，直到吊 具到达船体另一侧为止，结果得到一组有序的船槽舱位图像f={fi Ii = I，2，一n}，其中n为 图像数量，fi表示第i张图像；
[0009] 所述船槽舱位图像拼接:实时在移动吊具拍摄船槽舱位图像的过程中，图像拼接 算法实时地拼接相邻的两张图像，最后得到一组双目摄像头的完整的船槽舱位图Fi;
[0010] 所述图像预处理与数学形态学船槽边缘检测:对经过图像拼接得到的船槽舱位图 像Fi进行图像灰度化处理、图像去噪声处理、图像锐化处理W及图像高斯平滑处理，进一步 利用数学形态学边缘检测方法对图像Fi进行边缘检测，根据式子（1)，得到边缘图像G:
[00"]
识
[0012] 其中0<P<1，A G = Gmax-Gmin，Gmax = Hiax {Gl ,62}，Gmin = Hlin (Gl，〇2}，ei、62 和63 表示 形态学检测用到的结构元素，"0 "表示腐蚀操作，"? "表示膨胀操作，"0"表示开运算操作， "?"表示闭运算操作；
[0013] 所述船槽舱位边缘直线检测：利用霍夫变换直线检测方法对船槽舱位边缘图像G 进行直线检测，得到直线集合L=化J Ij = I，2,…，m}，m为检测的直线总数;进一步对直线集 合L进行直线过滤，分别得到船槽舱位边缘水平线化和船槽舱位边缘垂直线Lvi和Lv2，再计 算水平直线和垂直直线的交点，结果得到P= {Pi，P2}，其中Pi为直线化和直线Lvi的交点，P2 为直线化和直线LV2的交点，重复船槽舱位图像拼接、图像预处理与数学形态学船槽边缘检 测及船槽舱位边缘直线检测步骤，得到另外一组双目摄像头的船槽舱位图像F2中的船槽舱 位水平边缘直线和垂直边缘直线，进一步得图像F2中的直线交点P3和P4,其中点P3与点Pl对 应，点P4和点P2对应，运四个点构成了船槽舱位的整体边缘轮廓；
[0014] 所述船槽舱位分段及船槽定位:根据船槽安装工艺的标准，量出船槽的实际宽度 为length,根据式(2)，利用船槽舱位的四个顶点口1爪爪、口4计算出船槽舱位的长度0:
[0015]
(2)
[0016] 其中IPlPsI为点Pl到P2的距离，IP3P4I为点P3到点P4的距离，得到的四个顶点用于标 识船槽的具体位置，即能定位船槽。
[0017] 所述的一种基于视觉扫描的船槽定位方法，其特征在于所述船槽舱位图像拼接具 体步骤如下：
[0018] 步骤1.1:当船槽舱位图像序列f中有两张船槽舱位图像时，就启动图像拼接算法； [0019]步骤1.2:从图像序列帥获取相邻的两张船槽舱位图像fi和f2,再分别利用SIFT算 法提取图像的SIFT特征；
[0020] 步骤1.3:利用K-D Tree和BBN算法，对步骤1.2提取的两张船槽舱位图的SIFT特征 匹配点进行查询；
[0021] 步骤1.4:利用RANSAC算法筛选步骤1.3所查询的特征匹配点并计算变换矩阵H，该 变换矩阵表示两张图像的重叠区域；
[0022] 步骤1.5:利用步骤1.4得到的变换矩阵H、图像fi和f2进行图像拼接，得到拼接图 Fi，并将图像拼接过程分为=部分：（1)取图像f2经变换矩阵H变换生成一张新图像作为拼接 图Fi的初始图像；（2)取图像fi和图像f2重叠区域的加权平均作为拼接图像Fi的中间部分； (3)取图像fi去掉重叠区域的剩余部分作为拼接图像Fi的左边部分，其中加权平均的权重选 择根据图像fi和f2重叠区域的宽度W及重叠区域中的点到重叠区域左边界和右边界的距离 来计算重叠区域的像素值PixelF,具体见式(3):
[0023]觀
[0024] 其中山为图像重叠区
域中的点到左进界的距离，Cb为图像重叠区域中的点到右边 界的距离，Aw//,为重叠区域中的点在图像f冲的像素值，Pbe//為重叠区域中的点在图像 f 2中的像素值。
[0025] 所述的一种基于视觉扫描的船槽定位方法，其特征在于所述船槽舱位边缘直线检 测具体步骤如下：
[0026] 步骤2.1:对船槽边缘的水平线进行检测，首先通过判断直线以的斜率，过滤直线 斜率不满足IKI < 0.087的直线，得到直线候选集合Lsh=化Shk I k= 1，2，…，化}，Nh为过滤后 直线的总数;其次把直线候选集合Lsh中斜率相同的且平行直线之间的距