專(zhuān)利名稱(chēng)：一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及用于運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法背景技術(shù)糾偏系統(tǒng)廣泛用于在自動(dòng)化的流水線(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)中以及運(yùn)動(dòng)物體定位系統(tǒng)中，如利用糾偏控制系統(tǒng)能夠保證物料在開(kāi)導(dǎo)，卷取，傳送，切分，拼接，貼合過(guò)程中滿(mǎn)足工藝要求或產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題；利用糾偏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)正確定位等。目前糾偏系統(tǒng)主要分為三種1、傳感器糾偏控制系統(tǒng)依據(jù)傳感器探測(cè)卷材的邊緣或線(xiàn)條，讀出卷材實(shí)際位置與設(shè)定位置的偏移量，將偏移量轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號(hào)，再將該信號(hào)輸入控制器，信號(hào)經(jīng)控制器放大、校準(zhǔn)后，輸入至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)信號(hào)的大小，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向支架，將卷材回復(fù)至設(shè)定位置。根據(jù)卷材的不同采用各種傳感器--光電傳感器、超聲波傳感器、線(xiàn)形跟蹤傳感器，以適應(yīng)全透明卷材、光敏薄膜、鋼板卷材、印有對(duì)比線(xiàn)條用以跟蹤的卷材等糾偏需要。糾偏精度能夠在0.5mm或者更小范圍。
2、激光糾偏控制系統(tǒng)通過(guò)激光發(fā)射器沿設(shè)計(jì)管道軸線(xiàn)發(fā)射激光束射到前進(jìn)中工具頭內(nèi)的激光接收器，與工具頭的實(shí)際中心位置對(duì)比，其誤差信號(hào)反饋到電腦進(jìn)行處理，然后通過(guò)控制裝置根據(jù)位移偏差調(diào)整工具頭實(shí)現(xiàn)糾偏功能。
3、GPS糾偏系統(tǒng)上海振華港機(jī)把GPS系統(tǒng)運(yùn)用到集裝箱起重機(jī)上、大梁升降、雙40英尺箱的岸邊集裝箱起重機(jī)上實(shí)現(xiàn)了誤差小于15毫米的糾錯(cuò)定位系統(tǒng)。
其中，第1種系統(tǒng)雖然精度高，但適用范圍窄；第2、第3種系統(tǒng)可用于運(yùn)動(dòng)物體定位，但成本均較高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、定位精度高的運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還提供一種用于運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法。
(二)技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下方案--單片機(jī)控制系統(tǒng)，用于控制輸入輸出，接收需要糾偏的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)出命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；--參照物，用于設(shè)定運(yùn)動(dòng)物體規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡；--圖像攝取系統(tǒng)，用于獲取連續(xù)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；--運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，用于根據(jù)圖像攝取系統(tǒng)傳送的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)跟蹤算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)跟蹤功能，判定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否需要糾錯(cuò)并把需要糾錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳送給控制系統(tǒng)。
其中，所述參照物為無(wú)人干預(yù)的地面靜態(tài)參照物，包括地表面上一條通過(guò)顏色標(biāo)識(shí)的與運(yùn)動(dòng)軌跡相同的線(xiàn)或條帶。
其中，所述參照物包括運(yùn)動(dòng)物體起始或終止點(diǎn)上兩個(gè)固定特定的參照物體，或不特定的參照物體如終端的靜止場(chǎng)景。
其中，所述圖像攝取系統(tǒng)包括用于獲得所需圖像的設(shè)備，包括攝像機(jī)，面陣列掃描裝置，線(xiàn)陣列掃描裝置，飛點(diǎn)掃描裝置；照明或補(bǔ)光設(shè)備，用于補(bǔ)充光照，增強(qiáng)攝像機(jī)拍攝圖片質(zhì)量；電纜，用于傳輸數(shù)據(jù)；智能控制器設(shè)備，如單片機(jī)，DSP和PC機(jī)，用于接收需要糾偏的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)出命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制箱，用于系統(tǒng)各部分配電控制。
其中，所述運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡，用于進(jìn)行圖像采集；計(jì)算機(jī)，用于處理圖像數(shù)據(jù)并傳送給控制系統(tǒng)；與控制系統(tǒng)的接口，用于傳輸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。
本發(fā)明用于運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法，包括有以下步驟1)接受從圖像攝取系統(tǒng)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算在兩幅圖像中搜索參照物，提取參照物的相對(duì)應(yīng)特征得到匹配特征對(duì)，其中搜索參照物利用圖像處理方法，根據(jù)參照物的特征對(duì)參照物進(jìn)行定位，如將直線(xiàn)條作為參照物，可以利用圖像處理的方法確定中軸線(xiàn)作為匹配特征；3)根據(jù)匹配特征在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括運(yùn)動(dòng)位移，方向以及旋轉(zhuǎn)等；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)超過(guò)設(shè)定的閾值則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳送給控制器進(jìn)行糾錯(cuò)，否則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加入運(yùn)動(dòng)軌跡記錄中。
其中，所述設(shè)定的閾值是由實(shí)際運(yùn)動(dòng)物體可容許的最大偏移量決定的。
(三)有益效果1)與已有技術(shù)相比，由于采用以上方案，本發(fā)明在硬件上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；2)，在軟件上執(zhí)行高效算法來(lái)跟蹤運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)軌跡，具有定位精度高的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本發(fā)明車(chē)載移動(dòng)式掃描運(yùn)動(dòng)物體糾偏系統(tǒng)運(yùn)作示意圖；圖3是本發(fā)明圖像攝取系統(tǒng)示意框圖；圖4是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)示意框圖。
圖中1、圖像攝取系統(tǒng)；2、運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)；3、單片機(jī)控制系統(tǒng)；4、運(yùn)動(dòng)物體；5、攝像頭；6、待檢查的集裝箱；7、參照物；8、照明燈；9、控制箱；10、數(shù)據(jù)采集卡；11、計(jì)算機(jī)；12、設(shè)定的運(yùn)動(dòng)方向。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
如圖1-圖4所示，本發(fā)明在運(yùn)動(dòng)物體4規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡上設(shè)定參照物7，參照物7可以是地表面上一條通過(guò)顏色標(biāo)識(shí)的與運(yùn)動(dòng)軌跡相同的線(xiàn)或條帶，也可以是運(yùn)動(dòng)物體起始或終止點(diǎn)上兩個(gè)固定的參照物7體，在運(yùn)動(dòng)物體4上安裝一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)，通過(guò)攝像頭5拍攝的飽含參照物的連續(xù)圖片，利用運(yùn)動(dòng)分析算法來(lái)跟蹤測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的每一步位移和方向來(lái)判斷是否需要糾偏，最后通過(guò)控制系統(tǒng)根據(jù)偏移的的位移和方向來(lái)調(diào)整物體定位從而實(shí)現(xiàn)物體定位糾偏功能。其中，攝像頭5拍攝的圖片通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡10采集，由計(jì)算機(jī)11處理圖像數(shù)據(jù)并傳送給控制系統(tǒng)3。所述攝像頭5拍攝的圖片盡可能的接近地面，這樣能保證拍攝圖片的細(xì)節(jié)多。為避免外界光源的干擾，照明燈8或補(bǔ)光裝置要補(bǔ)充光源并且抵制外界光源。如用高頻鏑燈。
如圖2所示，物體運(yùn)動(dòng)4的道路上參照物與背景顏色對(duì)比鮮明。所述控制系統(tǒng)3安裝在運(yùn)動(dòng)物體4上。運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析算法計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)與原設(shè)定運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)的偏移方向和偏移距離，并將此信息傳送給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)獲得的信息控制物體的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)距離，從而達(dá)到使物體與設(shè)定方向一致。
物體運(yùn)動(dòng)4速度要在一定范圍之內(nèi)，否則攝像頭5會(huì)有丟幀現(xiàn)象。
物體運(yùn)動(dòng)4定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法的執(zhí)行步驟1)接受從圖像攝取系統(tǒng)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算在兩幅圖像中搜索參照物7，提取參照物7的相對(duì)應(yīng)特征得到匹配特征對(duì)，其中搜索參照物7利用圖像處理方法，根據(jù)參照物7的特征對(duì)參照物7進(jìn)行定位，如將直線(xiàn)條作為參照物，可以利用圖像處理的方法確定中軸線(xiàn)作為匹配特征；3)根據(jù)匹配特征在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括運(yùn)動(dòng)位移，方向以及旋轉(zhuǎn)等；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)超過(guò)設(shè)定的閾值則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳送給控制系統(tǒng)3進(jìn)行糾錯(cuò)，否則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加入運(yùn)動(dòng)軌跡記錄中。
其中，閾值是由實(shí)際運(yùn)動(dòng)物體可容許的最大偏移量決定的。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)，用于控制輸入輸出，接收需要糾偏的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)出命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括--參照物，用于設(shè)定運(yùn)動(dòng)物體規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡；--圖像攝取系統(tǒng)，用于獲取連續(xù)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；--運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，用于根據(jù)圖像攝取系統(tǒng)傳送的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)跟蹤算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)跟蹤功能，判定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否需要糾錯(cuò)并把需要糾錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳送給控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述參照物為無(wú)人干預(yù)的地面靜態(tài)參照物，包括地表面上一條通過(guò)顏色標(biāo)識(shí)的與運(yùn)動(dòng)軌跡相同的線(xiàn)或條帶。
3.如權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述參照物包括運(yùn)動(dòng)物體起始或終止點(diǎn)上兩個(gè)固定特定的參照物體，或不特定的參照物體如終端的靜止場(chǎng)景。
4.如權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述圖像攝取系統(tǒng)包括用于獲得所需圖像的設(shè)備，包括攝像機(jī)，面陣列掃描裝置，線(xiàn)陣列掃描裝置，飛點(diǎn)掃描裝置；照明或補(bǔ)光設(shè)備，用于補(bǔ)充光照，增強(qiáng)攝像機(jī)拍攝圖片質(zhì)量；電纜，用于傳輸數(shù)據(jù)；智能控制器設(shè)備，用于接收需要糾偏的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)出命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制箱，用于系統(tǒng)各部分配電控制。
5.如權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡，用于進(jìn)行圖像采集；計(jì)算機(jī)，用于處理圖像數(shù)據(jù)并傳送給控制系統(tǒng)；與控制系統(tǒng)的接口，用于傳輸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。
6.用于權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法，其特征在于有以下步驟1)接受從圖像攝取系統(tǒng)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算在兩幅圖像中搜索參照物，提取參照物的相對(duì)應(yīng)特征得到匹配特征對(duì)，其中搜索參照物利用圖像處理方法，根據(jù)參照物的特征對(duì)參照物進(jìn)行定位，如將直線(xiàn)條作為參照物，可以利用圖像處理的方法確定中軸線(xiàn)作為匹配特征；3)根據(jù)匹配特征在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括運(yùn)動(dòng)位移，方向以及旋轉(zhuǎn)等；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)超過(guò)設(shè)定的閾值則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳送給控制器進(jìn)行糾錯(cuò)，否則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加入運(yùn)動(dòng)軌跡記錄中。
7.如權(quán)利要求6所述的一種機(jī)車(chē)定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法，其特征在于所述設(shè)定的閾值是由實(shí)際運(yùn)動(dòng)物體可容許的最大偏移量決定的。
全文摘要
本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)物體定位糾偏系統(tǒng)。本發(fā)明公開(kāi)一種運(yùn)動(dòng)物體定位的糾偏系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)跟蹤方法，包括控制系統(tǒng)，參照物，圖像攝取系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。方法1)接受從圖像攝取系統(tǒng)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算；3)根據(jù)匹配特征在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)超過(guò)設(shè)定的閾值則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳送給控制器進(jìn)行糾錯(cuò)，否則將當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加入運(yùn)動(dòng)軌跡記錄中。
文檔編號(hào)G01C11/00GK1996194SQ200510135929
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者張麗, 陳志強(qiáng), 王麗君, 王志明, 趙自然, 邢宇翔, 肖永順, 李元景, 劉以農(nóng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 清華同方威視技術(shù)股份有限公司