專利名稱：:一種機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及用于機(jī)車定位糾偏系統(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)化的流水線生產(chǎn)作業(yè)中以及機(jī)車定位系統(tǒng)中，如利用糾偏控制系統(tǒng)能夠保證物料在開導(dǎo)，卷取，傳送，切分，拼接，貼合過程中滿足工藝要求或產(chǎn)品質(zhì)量問題；利用糾偏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)車正確定位等。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)通過激光發(fā)射器沿設(shè)計(jì)管道軸線發(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)可用于機(jī)車定位，但成本均較高。
發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、定位精度高的機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還提供一種用于機(jī)車定位糾偏系統(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)明采取以下方案包括包括單片機(jī)控制器，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)；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)圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)跟蹤算法，確定實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而判定當(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)參數(shù)傳送給控制系統(tǒng)其中，所述圖像攝取系統(tǒng)包括攝像機(jī)，用于拍攝近地圖片；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)；單片機(jī)控制器，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)明用于機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法，有以下步驟1)接受從圖像攝取系統(tǒng)傳送來的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算a)在圖像的一個(gè)局部范圍內(nèi)，利用全搜索算法[1，2]根據(jù)圖像灰度的相似度來搜索兩幅圖像間相對(duì)應(yīng)的塊，其中相似度是由計(jì)算兩個(gè)對(duì)應(yīng)塊間的灰度值方差的倒數(shù)得到，而最佳匹配塊對(duì)應(yīng)最大相似度的塊，對(duì)應(yīng)塊內(nèi)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)就是匹配點(diǎn)對(duì)；b)提取兩幅圖像相對(duì)不變的特征，利用特征搜索算法變換得到匹配對(duì)象特征。3)根據(jù)目標(biāo)在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括旋轉(zhuǎn)角度和運(yùn)動(dòng)位移；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯著偏移預(yù)定運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)參數(shù)超過設(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)際機(jī)車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)行高效算法來跟蹤機(jī)車運(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)明車載移動(dòng)式掃描機(jī)車糾偏系統(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、控制系統(tǒng)；4、車載式集裝箱檢查系統(tǒng)；5、攝像頭；6、待檢查的集裝箱；7、拍攝圖片；8、照明燈；9、控制箱；10、數(shù)據(jù)采集卡；11、計(jì)算機(jī)。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1、圖3、圖4所示，本發(fā)明是通過圖像攝取系統(tǒng)1中的攝像頭5拍攝的近地連續(xù)圖片，由運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)2利用圖像配準(zhǔn)方法來跟蹤測(cè)量機(jī)車的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的每一步位移和方向來判斷是否需要糾偏，最后通過控制系統(tǒng)3根據(jù)偏移的的位移和方向來調(diào)整機(jī)車定位從而實(shí)現(xiàn)機(jī)車定位糾偏功能。其中，攝像頭5拍攝的圖片通過數(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，機(jī)車運(yùn)動(dòng)的道路上要有明顯的標(biāo)志物，比如色彩鮮明的線條，這有利于圖像配準(zhǔn)。機(jī)車行駛速度要在一定范圍之內(nèi)，否則攝像頭會(huì)有丟幀現(xiàn)象。機(jī)車定位糾偏系統(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)傳送來的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算a)在圖像的一個(gè)局部范圍內(nèi)，利用全搜索算法[1，2]根據(jù)圖像灰度的相似度來搜索兩幅圖像間相對(duì)應(yīng)的塊。其中相似度是由計(jì)算兩個(gè)對(duì)應(yīng)塊間的灰度值方差的倒數(shù)得到，而最佳匹配塊對(duì)應(yīng)最大相似度的塊。對(duì)應(yīng)塊內(nèi)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)就是匹配點(diǎn)對(duì)。b)提取兩幅圖像相對(duì)不變的特征，如特征線，顏色及特殊的灰度等，這主要利用特征搜索算法，如KL變換，DCT變換等得到匹配對(duì)象特征。3)根據(jù)目標(biāo)在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括旋轉(zhuǎn)角度和運(yùn)動(dòng)位移；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯著偏移預(yù)定運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)參數(shù)超過設(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，閾值是由實(shí)際機(jī)車可容許的最大偏移量決定的。所述全搜索算法[1，2]采用[1]Cheung，C.H.[Chun-Ho]，Po，L.M.[Lai-Man]，AdjustablePartialDistortionSearchAlgorithmforFastBlockMotionEstimation，CirSysVideo(13)，No.1，January2003，pp.100-110.Cheung，C.H.，Po，L.M.，可調(diào)部分畸變的快速塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索算法，CirSysVideo(13)，第1期，2003年1月，頁(yè)100-110Lu，J.H.，Liou，M.L.，ASimpleAndEfficientSearchAlgorithmforBlock-MatchingMotionEstimation，CirSysVideo(7)，No.2，April1997，pp.429-433。Lu，J.H.，Liou，M.L.一種簡(jiǎn)單有效的基于塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)的搜索算法，CirSysVideo(7)，第2期，1997年4月，429-433頁(yè)。權(quán)利要求1.一種機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)，包括單片機(jī)控制器，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所述的一種機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述圖像攝取系統(tǒng)包括攝像機(jī)，用于拍攝近地圖片；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)；單片機(jī)控制器，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。3.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定位糾偏系統(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。4.用于權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定位糾偏系統(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)傳送來的圖像數(shù)據(jù)；2)匹配特征對(duì)的計(jì)算a)在圖像的一個(gè)局部范圍內(nèi)，利用全搜索算法[1，2]根據(jù)圖像灰度的相似度來搜索兩幅圖像間相對(duì)應(yīng)的塊，其中相似度是由計(jì)算兩個(gè)對(duì)應(yīng)塊間的灰度值方差的倒數(shù)得到，而最佳匹配塊對(duì)應(yīng)最大相似度的塊，對(duì)應(yīng)塊內(nèi)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)就是匹配點(diǎn)對(duì)；b)提取兩幅圖像相對(duì)不變的特征，利用特征搜索算法變換得到匹配對(duì)象特征；3)根據(jù)目標(biāo)在兩幅圖像中的位置關(guān)系計(jì)算實(shí)際目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括旋轉(zhuǎn)角度和運(yùn)動(dòng)位移；4)如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯著偏移預(yù)定運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)參數(shù)超過設(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。5.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定位糾偏系統(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)際機(jī)車可容許的最大偏移量決定的。專利摘要本發(fā)明涉及機(jī)車定位糾偏系統(tǒng)。本發(fā)明公開一種用于機(jī)車定位的糾偏系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)跟蹤方法，包括單片機(jī)控制器，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)；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)圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)跟蹤算法，確定實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而判定當(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)參數(shù)傳送給控制系統(tǒng)。其方法接受圖像數(shù)據(jù)；搜索兩幅圖像共同具有的塊或者對(duì)象目標(biāo)從而確定圖像上的匹配特征對(duì)；根據(jù)匹配特征對(duì)來計(jì)算實(shí)際的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；根據(jù)這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定機(jī)車的相對(duì)運(yùn)動(dòng)得到當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯著偏移預(yù)定的運(yùn)動(dòng)，則將運(yùn)動(dòng)參數(shù)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)軌跡記錄中作為后續(xù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的參考值。文檔編號(hào)G05D3/20GK1996195SQ200510135928公開日2007年7月11日申請(qǐng)日期2005年12月31日發(fā)明者劉以農(nóng),陳志強(qiáng),王麗君,張麗,趙自然,邢宇翔,肖永順,李元景申請(qǐng)人:清華大學(xué),清華同方威視技術(shù)股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX,EndNote,RefMan