專利名稱：港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單目視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)中的參數(shù)標(biāo)定方法，特別涉及一種應(yīng)用在港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)中，利用集裝箱的已知標(biāo)準(zhǔn)寬度和長(zhǎng)度信息實(shí)現(xiàn)了三維空間尺寸與位置測(cè)量中需要的參數(shù)標(biāo)定的港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：
所謂單目視覺(jué)是指只用一個(gè)攝像機(jī)從一個(gè)角度拍攝對(duì)象的單幅圖像，由這單幅圖像里包含的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的感知。由于只用一個(gè)攝像機(jī)，所以這種視覺(jué)方式有其局限性，只能感知對(duì)象2維空間的信息，對(duì)視線深度方向的第3維的信息則不能正確感知。因此，單目視覺(jué)的標(biāo)定也只是標(biāo)定對(duì)象的2維空間到攝像機(jī)成像平面的2維空間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是平面到平面的對(duì)應(yīng)關(guān)系；單目視覺(jué)的這種本質(zhì)上的局限性限制了它的應(yīng)用范圍。
但是，單目視覺(jué)又有其優(yōu)點(diǎn)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模型簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使它比雙目視覺(jué)、多目視覺(jué)等更適合于工程上的使用和實(shí)現(xiàn)。
目前的運(yùn)動(dòng)集裝箱的定位系統(tǒng)，由于實(shí)際條件的限制，僅僅應(yīng)用現(xiàn)有的標(biāo)定技術(shù)和方法無(wú)法滿足定位系統(tǒng)的要求。如集裝箱上不可能取到較多的點(diǎn)的信息，運(yùn)動(dòng)中的集裝箱能取到的點(diǎn)數(shù)更受限制，集裝箱的高度是不唯一的(必須現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定這一參數(shù))等等。這些限制條件使得未知參數(shù)的標(biāo)定比較困難，如果采用近似的粗略的標(biāo)定方法，則誤差較大。
因此，特別需要一種應(yīng)用在港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)中，利用集裝箱的已知標(biāo)準(zhǔn)寬度和長(zhǎng)度信息實(shí)現(xiàn)了三維空間尺寸與位置測(cè)量中需要的參數(shù)標(biāo)定的港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，應(yīng)用在集裝箱碼頭對(duì)運(yùn)動(dòng)中的集裝箱卡車進(jìn)行檢測(cè)與定位；利用了集裝箱的寬度和長(zhǎng)度為已知標(biāo)準(zhǔn)尺寸的這一信息，用單目視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)象的3維信息的感知，能夠方便、快速、準(zhǔn)確地標(biāo)定出所有未知參數(shù)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 一種港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，分為預(yù)先標(biāo)定步驟和實(shí)時(shí)標(biāo)定步驟，其中預(yù)先標(biāo)定步驟設(shè)定在定位系統(tǒng)安裝完成后實(shí)時(shí)測(cè)量前只需要執(zhí)行一次，實(shí)時(shí)標(biāo)定過(guò)程是在實(shí)際測(cè)量時(shí)每次測(cè)量前執(zhí)行一次；下一次測(cè)量從實(shí)時(shí)標(biāo)定開(kāi)始。
所述預(yù)先標(biāo)定步驟包括如下步驟 1、制作一個(gè)平面靶標(biāo)；該靶標(biāo)平面上印刷有方便圖像處理軟件提取特征點(diǎn)的圖案； 2、在定位系統(tǒng)安裝固定以后，拍攝一組靶標(biāo)的圖像，該組靶標(biāo)的圖像中至少具有一幅靶標(biāo)平鋪在地面的圖像；并同時(shí)標(biāo)定出H矩陣及A矩陣及[r13 r23r33]T； 3、對(duì)步驟2中拍攝的靶標(biāo)圖像進(jìn)行處理，得到每幅圖像中靶標(biāo)平面上特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)； 4、拍攝進(jìn)入正確位置的集裝箱上表面的圖像一幅，并獲取該集裝箱上表面距離地面的準(zhǔn)確高度zw0。
5、對(duì)步驟4中拍攝的集裝箱上表面的圖像進(jìn)行處理，提取集裝箱的尾部寬度方向邊緣信息，即得到該邊緣上所有像素點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，...n；從而得到該邊緣兩個(gè)端點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，即兩個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(u1，v1)，(un，vn)； 6、利用步驟5中兩個(gè)角點(diǎn)的數(shù)據(jù)(u1，v1)，(un，vn)和步驟4中集裝箱上表面距離地面的準(zhǔn)確高度zw0，同時(shí)又利用集裝箱寬度的已知信息確定這兩個(gè)角點(diǎn)在任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xw01，Yw01)，(Xw0n，Yw0n)，并標(biāo)定出此種情況下的r1，r2，tx0，ty0，si；然后r1，r2，tx0，ty0，s1計(jì)算出(Xw01，Yw01)，(Xw0n，Yw0n)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(Xw1，Yw1)，(Xwn，Ywn)，也就是集裝箱在地面坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(X1，Y1)，(Xn，Yn)，其中集裝箱上表面的坐標(biāo)(Xw1，Yw1)，(Xwn，Ywn)垂直于地面投影到地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X1，Y1)，(Xn，Yn)滿足X1＝Xw1，Y1＝Y(jié)w1，Xn＝Xwn，Yn＝Y(jié)wn； 7、利用步驟6中得到的(X1，Y1)，(Xn，Yn)得到A1，B1，C1的解，利用已知的集裝箱的長(zhǎng)度信息D0，得到A，B，C的解；其中A，B和C是代表集裝箱位置線的位置和方向的3個(gè)參數(shù)。
所述實(shí)時(shí)標(biāo)定步驟包括如下步驟 1、攝像機(jī)連續(xù)拍攝需測(cè)量的集裝箱上表面的圖像，取其中有完整的集裝箱上表面的一幅圖像，對(duì)該圖像處理，得到其上四個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，2，3，4，并確定其在任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)(Xw0i，Yw0i)，i＝1，2，3，4； 2、利用預(yù)先標(biāo)定步驟2中的數(shù)據(jù)，解得6個(gè)參數(shù)r1，r2，tx0，ty0，zw0，s1；其中zw0便是該集裝箱上表面距離地面的實(shí)際高度值。
本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法的原理如下 運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)需要標(biāo)定的參數(shù)包括(a)集裝箱正確停放位置的位置參數(shù)，該位置線在實(shí)際空間中的數(shù)學(xué)表達(dá)式為Ax+By+C＝0，其中A，B和C是代表位置線的位置和方向的3個(gè)參數(shù)；(b)任意集裝箱上表面坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置關(guān)系(包括集裝箱上表面距地面的高度信息參數(shù))；(c)標(biāo)定集裝箱上表面與攝像機(jī)成像平面之間的映射關(guān)系)。
(1)標(biāo)定地面與攝像機(jī)成像平面之間的映射關(guān)系矩陣H。
地面(假設(shè)為平面)上的物點(diǎn)在攝像機(jī)成像平面上成像為像點(diǎn)，物點(diǎn)在地面坐標(biāo)系O-XY中的坐標(biāo)記為(X，Y)，像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)系Oi-UV中的坐標(biāo)記為(u，v)，如圖2所示，根據(jù)透視成像原理，物點(diǎn)與其像點(diǎn)的坐標(biāo)滿足以下關(guān)系 其中，我們記稱H為地面與攝像機(jī)成像平面之間的映射關(guān)系矩陣。
公式(1)是一個(gè)線性關(guān)系式，可以利用一組已知坐標(biāo)的物點(diǎn)和其像點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算出矩陣H，也即計(jì)算出hi(i＝1，...9)這9個(gè)參數(shù)。計(jì)算方法簡(jiǎn)述如下 由公式(1)得到 化簡(jiǎn)公式(2)，消去變量s，得到 若有n個(gè)物點(diǎn)和其相應(yīng)的n個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)(Xi，Yi)，...(Xn，Yn)，(ui，vi)，...(un，vn)，則可以得到n組公式(3)，也即得到2n個(gè)關(guān)于未知參數(shù)hi(i＝1，...9)的線性方程，簡(jiǎn)記為矩陣形式 Ah＝0(4) 其中 求解公式(4)，即可解出hi(i＝1，...9)，也即標(biāo)定出了矩陣H。
(2)標(biāo)定特定集裝箱上表面與攝像機(jī)成像平面之間的映射關(guān)系。
假設(shè)集裝箱上表面坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系是完全平行的，只有高度上的差zw0，也即地面坐標(biāo)系的X軸、Y軸分別平行于集裝箱上表面坐標(biāo)系的Xw軸、Yw軸，地面坐標(biāo)系的原點(diǎn)O與集裝箱上表面坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ow沿垂直于地面的方向距離zw0，二者位置關(guān)系如附圖3所示。由于這種情況下的集裝箱位置是一個(gè)很理想化的位置，我們稱之為特定集裝箱上表面坐標(biāo)系。特定集裝箱上表面坐標(biāo)系的特點(diǎn)是集裝箱上表面的任意點(diǎn)在該坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xw，Yw)與在地面坐標(biāo)系中的投影點(diǎn)的坐標(biāo)(X，Y)完全相等，即Xw＝X，Yw＝Y(jié)。
特定集裝箱上表面坐標(biāo)系Ow-XwYw與攝像機(jī)成像平面之間的映射關(guān)系如下 其中 即為上一步驟中定義的地面與攝像機(jī)成像平面之間的映射關(guān)系矩陣。
是攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)組成的矩陣，f表示鏡頭的焦距，dX，dY分別表示成像平面坐標(biāo)系中每個(gè)像素在U軸、V軸方向的的尺度因子，(u0，v0)表示攝像機(jī)透視成像的光軸與成像平面的交點(diǎn)在Oi-UV坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
[r13 r23 r33]T為地面坐標(biāo)系到攝像機(jī)像平面坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系矩陣R中的第三列元素，即 根據(jù)公式(5)，若已知集裝箱上表面的某點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(u，v)和高度zw0，則可以確定該點(diǎn)在Ow-XwYw坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xw，Yw)。所以本步驟部分要標(biāo)定的參數(shù)是H矩陣，A矩陣和[r13 r23 r33]T。
公式(5)中H矩陣的標(biāo)定即用上一步驟中的方法。
公式(5)中A矩陣的標(biāo)定方法如下 記 A1矩陣內(nèi)的4個(gè)非零未知元素是攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，所以可以用現(xiàn)在通常使用的標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的方法標(biāo)出這4個(gè)元素。A1得到后，則A矩陣得到。
公式(5)中[r13 r23 r33]T的標(biāo)定方法如下。
(3)標(biāo)定集裝箱上表面坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置關(guān)系 由于集裝箱的高度有幾種不同尺寸，而且運(yùn)輸集裝箱的卡車底盤高度也不固定，所以集裝箱上表面距離地面的高度差Zw0其實(shí)是不唯一的，所以在原理內(nèi)容(2)中的參數(shù)zw0如果假定為某一固定值，則測(cè)量是不準(zhǔn)確的，準(zhǔn)確的方法應(yīng)該是實(shí)時(shí)地標(biāo)定zw0的值。于是，需要利用運(yùn)動(dòng)中的集裝箱上表面的已知點(diǎn)的信息來(lái)標(biāo)定zw0。另外，當(dāng)集裝箱卡車開(kāi)過(guò)來(lái)時(shí)，認(rèn)為集裝箱上表面已知點(diǎn)的空間坐標(biāo)是不可能恰好與前面定義的Ow-XwYw坐標(biāo)系吻合的，所以，又需要建立一個(gè)任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系Ow0-Xw0Yw0，已知點(diǎn)的空間坐標(biāo)是在Ow0-Xw0Yw0坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)，Ow0-Xw0Yw0坐標(biāo)平面平行于地面，與Ow-XwYw坐標(biāo)系在同一平面內(nèi)，但是與地面坐標(biāo)系之間有相對(duì)的旋轉(zhuǎn)和原點(diǎn)平移，如附圖4所示。于是，需要實(shí)時(shí)標(biāo)定的參數(shù)還包括Ow0-Xw0Yw0與O-XY之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和平移參數(shù)，也就是Ow0-Xw0Yw0與Ow-XwYw之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)和平移。定義如下 其中為旋轉(zhuǎn)矩陣，r1＝cosθ，r2＝sinθ，θ為Ow0-Xw0Yw0相對(duì)O-XY的旋轉(zhuǎn)角度，[tx0，ty0]T為Ow0-Xw0Yw0相對(duì)O-XY的原點(diǎn)平移向量。所以，總共有6個(gè)參數(shù)需要實(shí)時(shí)地標(biāo)定r1，r2，tx0，ty0，zw0，s1。
標(biāo)定方法是取運(yùn)動(dòng)中的集裝箱上表面的至少3個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)(Xw01，Yw01)，(Xw02，Yw02)，(Xw03，Yw03)和圖像坐標(biāo)(u1，v1)，(u2，v2)，(u3，v3)，然后利用這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)和上兩步標(biāo)定出的H矩陣、A矩陣以及[r13 r23 r33]T的數(shù)據(jù)構(gòu)成方程組的系數(shù)，求解關(guān)于這6個(gè)參數(shù)的方程組。具體方法如下 將公式(6)代入公式(5)得到 其中的系數(shù)cij，di分別如下 c11＝(uh7-h1)Xw0+(uh8-h2)Yw0 c12＝(uh8-h2)Xw0-(uh7-h1)Yw0 c13＝uh7-h1 c14＝uh8-h2 c15＝(ua31-a11)r13+(ua32-a12)r23+(ua33-a13)r33 c21＝(vh7-h4)Xw0+(vh8-h5)Yw0 c22＝(vh8-h5)Xw0-(vh7-h4)Yw0 c23＝vh7-h4 c24＝vh8-h5 c25＝(va31-a21)r13+(va32-a22)r23+(va33-a23)r33 d1＝h3-uh9 d2＝h6-vh9 按照公式(7)一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以建立2個(gè)方程，3個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以建立6個(gè)方程，故可以解出6個(gè)未知參數(shù)。
特別情況下，如果有其中一個(gè)參數(shù)是確切已知的，如Zw0，則只有5個(gè)參數(shù)需要標(biāo)定，則僅需要集裝箱上表面2個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)就可以標(biāo)出這5個(gè)參數(shù)。這種情況下公式(7)變?yōu)? 其中的參數(shù)cij，di同公式(7)。
(4)標(biāo)定集裝箱正確停放位置在地面坐標(biāo)系中的位置參數(shù)。
設(shè)集裝箱正確停放位置在地面坐標(biāo)系中表示為一條直線 LAx+By+C＝0，其中參數(shù)A，B，C確定了該直線的位置和方向。
但是由于攝像機(jī)的安裝角度，這一直線L不一定保證在攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)，故標(biāo)定時(shí)無(wú)法直接標(biāo)定該直線的參數(shù)A，B，C。但是，總能找到一條與L平行并且位于攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的直線L1A1x+B1y+C1＝0，L1與L的距離設(shè)為D0。那么，可以先標(biāo)定出L1的參數(shù)A1，B1，C1，然后再利用L1與L平行的性質(zhì)計(jì)算出L的參數(shù)A，B，C。直線L與L1在地面坐標(biāo)系中的位置如附圖5所示。具體標(biāo)定方法如下 ①攝像機(jī)拍攝得到了平行于地面并且距地面高度為zw0的L1的圖像，得到位于L1上的n個(gè)點(diǎn)的像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，...n，則可以利用前面三步標(biāo)出的參數(shù)信息計(jì)算出其在地面坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)(Xi，Yi)，i＝1，...n，利用這n個(gè)空間點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)據(jù)可以擬合出直線L1的參數(shù)A1，B1，C1 設(shè)C1＝1 則有 記 用最小二乘法可以解出于是得到了A1，B1，C1的解。
②由A1，B1，C1的解求A，B，C的解。
根據(jù)L1與L平行的性質(zhì)，可以得到關(guān)系式 根據(jù)L1與L距離為D0，可以得到關(guān)系式 假設(shè)C＝1，代入公式(11)，解公式(10)、(11)組成的方程組得到 于是，得到了A，B，C的解。
本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、實(shí)施方便； 2、不對(duì)集裝箱和集裝箱的運(yùn)動(dòng)附加任何額外要求； 3、可以靈活、準(zhǔn)確地計(jì)算任意高度的運(yùn)動(dòng)集裝箱距離正確停車位的距離； 4、可以應(yīng)用在其它類似的視覺(jué)檢測(cè)任務(wù)中。



下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中標(biāo)定過(guò)程流程圖。
圖2為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中地面與攝像機(jī)成像平面的映射關(guān)系圖。
圖3為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中特定集裝箱上表面坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系圖。
圖4為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中任意集裝箱上表面坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系的位置關(guān)系圖。
圖5為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中直線L與L1在地面坐標(biāo)系中的位置圖。
圖6A為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中一種靶標(biāo)平面的示意圖。
圖6B為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中一種靶標(biāo)平面的示意圖。
圖6C為本發(fā)明港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法中一種靶標(biāo)平面的示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
如圖1所示，一種港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，分為預(yù)先標(biāo)定步驟和實(shí)時(shí)標(biāo)定步驟，其中預(yù)先標(biāo)定步驟設(shè)定在定位系統(tǒng)安裝完成后實(shí)時(shí)測(cè)量前只需要執(zhí)行一次，實(shí)時(shí)標(biāo)定過(guò)程是在實(shí)際測(cè)量時(shí)每次測(cè)量前執(zhí)行一次；下一次測(cè)量從實(shí)時(shí)標(biāo)定開(kāi)始。
預(yù)先標(biāo)定包括如下的步驟 1]選定平面標(biāo)定參照物；設(shè)計(jì)制作一個(gè)平面標(biāo)定參照物，也稱為靶標(biāo)。該靶標(biāo)平面上印刷有方便圖像處理軟件提取特征點(diǎn)的圖案，例如，黑白方格的圖案，或者規(guī)則的圓點(diǎn)的圖案等，如附圖6A、6B、6C中給出了3種圖案的例子。要求特征點(diǎn)在靶標(biāo)平面上的位置是準(zhǔn)確知道的，也即知道它們?cè)谶@個(gè)平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
2]拍攝一組不同姿態(tài)的平面標(biāo)定參照物的圖像；在定位系統(tǒng)安裝固定以后，拍攝一組靶標(biāo)的圖像，總共4~6幅圖像即可，要求其中一幅圖像必須是靶標(biāo)平鋪在地面的圖像。操作方法是將靶標(biāo)平鋪在攝像機(jī)視野范圍內(nèi)的地面上，拍攝一幅圖像，記為圖片1；將靶標(biāo)平面以其他不同姿態(tài)相對(duì)于攝像機(jī)分別拍攝一幅圖像，記為圖片2~6，例如，靶標(biāo)左上角抬高或者右上角抬高等姿態(tài)。
3]標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和部分外部參數(shù)及映射矩陣；對(duì)步驟2]中拍攝的圖像進(jìn)行處理，得到每幅圖像中靶標(biāo)平面上特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。用圖片1的數(shù)據(jù)按照前述的原理內(nèi)容(1)的方法可以標(biāo)定出H矩陣。用圖片1~6的數(shù)據(jù)按照前述的原理內(nèi)容(2)的方法可以標(biāo)定出A矩陣及[r13 r23 r33]T。
4]拍攝一幅停在正確位置的集裝箱上表面圖像；一輛載有集裝箱的卡車開(kāi)到定位系統(tǒng)檢測(cè)范圍內(nèi)，停在正確位置，拍攝集裝箱上表面的圖像一幅，并且要求知道該集裝箱上表面距離地面的準(zhǔn)確高度zw0。
5]提取集裝箱尾部?jī)蓚€(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)步驟4]中拍攝的圖像進(jìn)行處理，提取集裝箱的尾部(遠(yuǎn)離卡車頭的一端，因?yàn)樵诙ㄎ幌到y(tǒng)中攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)看不到集裝箱靠近卡車頭一端的邊緣)寬度方向邊緣信息，也即得到該邊緣上所有像素點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，...n。于是也就得到了該邊緣兩個(gè)端點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，即兩個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(u1，v1)，(un，vn)。
6]計(jì)算集裝箱尾部?jī)蓚€(gè)角點(diǎn)在地面投影的坐標(biāo)；利用步驟5]中兩個(gè)角點(diǎn)的數(shù)據(jù)(u1，v1)，(un，vn)和步驟4]中已知的zw0，，同時(shí)又可以利用集裝箱寬度的已知信息確定這兩個(gè)角點(diǎn)在任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xw01，Yw01)，(Xw0n，Yw0n)，用原理內(nèi)容(3)部分的公式(8)可以標(biāo)定出此種情況下的r1，r2，tx0，ty0，s1。然后帶入公式(6)可以計(jì)算出(Xw01，Yw01)，(Xw0n，Yw0n)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(Xw1，Yw1)，(Xwn，Ywn)，也就是其在地面坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(X1，Y1)，(Xn，Yn)，因?yàn)榈孛孀鴺?biāo)系與特定集裝箱上表面坐標(biāo)系是完全平行的，如附圖2所示，所以特定集裝箱上表面的坐標(biāo)(Xw1，Yw1)，(Xwn，Ywn)垂直于地面投影到地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X1，Y1)，(Xn，Yn)滿足X1＝Xw1，Y1＝Y(jié)w1，Xn＝Xwn，Yn＝Y(jié)wn。
7]標(biāo)定集裝箱正確停止位的位置參數(shù)。利用步驟6]中得到的(X1，Y1)，(Xn，Yn)，帶入公式(9)，得到A1，B1，C1的解，然后利用已知的集裝箱的長(zhǎng)度信息D0，帶入公式(12、13)，得到A，B，C的解。
實(shí)時(shí)標(biāo)定包括如下步驟 1]拍攝運(yùn)動(dòng)集裝箱并提取4個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)；實(shí)際測(cè)量時(shí)，每當(dāng)有一輛載有集裝箱的卡車開(kāi)來(lái)時(shí)，攝像機(jī)連續(xù)拍攝集裝箱上表面的圖像，取其中有完整的集裝箱上表面的一幅圖像，對(duì)該圖像處理，得到其上四個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，2，3，4，又可以確定其在任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)(Xw0i，Yw0i)，i＝1，2，3，4。
2]標(biāo)定任意集裝箱上表面坐標(biāo)系相對(duì)地面坐標(biāo)系的位置參數(shù)。利用步驟1]中的數(shù)據(jù)，采用原理內(nèi)容(3)部分的公式(7)，解得6個(gè)參數(shù)r1，r2，tx0，ty0，zw0，s1。其中zw0便是該集裝箱上表面距離地面的實(shí)際高度值。
至此，本發(fā)明中的標(biāo)定方法全部實(shí)現(xiàn)。其中的預(yù)先標(biāo)定過(guò)程在定位系統(tǒng)安裝完成后實(shí)時(shí)測(cè)量前只需要執(zhí)行一次，實(shí)時(shí)標(biāo)定過(guò)程是在實(shí)際測(cè)量時(shí)每次測(cè)量前執(zhí)行一次；下一次測(cè)量從實(shí)時(shí)標(biāo)定開(kāi)始。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，分為預(yù)先標(biāo)定步驟和實(shí)時(shí)標(biāo)定步驟，其中預(yù)先標(biāo)定步驟設(shè)定在定位系統(tǒng)安裝完成后實(shí)時(shí)測(cè)量前只需要執(zhí)行一次，實(shí)時(shí)標(biāo)定過(guò)程是在實(shí)際測(cè)量時(shí)每次測(cè)量前執(zhí)行一次；下一次測(cè)量從實(shí)時(shí)標(biāo)定開(kāi)始。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述預(yù)先標(biāo)定步驟包括如下步驟
(1)、制作一個(gè)平面靶標(biāo)；該靶標(biāo)平面上印刷有方便圖像處理軟件提取特征點(diǎn)的圖案；
(2)、在定位系統(tǒng)安裝固定以后，拍攝一組靶標(biāo)的圖像，該組靶標(biāo)的圖像中至少具有一幅靶標(biāo)平鋪在地面的圖像；并同時(shí)標(biāo)定出H矩陣及A矩陣及[r13 r23r33]T；
(3)、對(duì)步驟(2)中拍攝的靶標(biāo)圖像進(jìn)行處理，得到每幅圖像中靶標(biāo)平面上特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；
(4)、拍攝進(jìn)入正確位置的集裝箱上表面的圖像一幅，并獲取該集裝箱上表面距離地面的準(zhǔn)確高度zw0。
(5)、對(duì)步驟(4)中拍攝的集裝箱上表面的圖像進(jìn)行處理，提取集裝箱的尾部寬度方向邊緣信息，即得到該邊緣上所有像素點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，...n；從而得到該邊緣兩個(gè)端點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，即兩個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(u1，v1)，(un，vn)；
(6)、利用步驟(5)中兩個(gè)角點(diǎn)的數(shù)據(jù)(u1，v1)，(un，vn)和步驟4中集裝箱上表面距離地面的準(zhǔn)確高度zw0，同時(shí)又利用集裝箱寬度的已知信息確定這兩個(gè)角點(diǎn)在任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xw01，Yw01)，(Xw0n，Yw0n)，并標(biāo)定出此種情況下的r1，r2，tx0，ty0，s1；然后r1，r2，tx0，ty0，s1計(jì)算出(Xw01，Yw01)，(Xw0n，Yw0n)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(Xw1，Yw1)，(Xwn，Ywn)，也就是集裝箱在地面坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(X1，Y1)，(Xn，Yn)，其中集裝箱上表面的坐標(biāo)(Xw1，Yw1)，(Xwn，Ywn)垂直于地面投影到地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X1，Y1)，(Xn，Yn)滿足X1＝Xw1，Y1＝Y(jié)w1，Xn＝Xwn，Yn＝Y(jié)wn；
(7)、利用步驟(6)中得到的(X1，Y1)，(Xn，Yn)得到A1，B1，C1的解，利用已知的集裝箱的長(zhǎng)度信息D0，得到A，B，C的解；其中A，B和C是代表集裝箱位置線的位置和方向的3個(gè)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)標(biāo)定步驟包括如下步驟
(1)、攝像機(jī)連續(xù)拍攝需測(cè)量的集裝箱上表面的圖像，取其中有完整的集裝箱上表面的一幅圖像，對(duì)該圖像處理，得到其上四個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)(ui，vi)，i＝1，2，3，4，并確定其在任意的集裝箱上表面坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)(Xw0i，Yw0i)，i＝1，2，3，4；
(2)、利用步驟(2)中的數(shù)據(jù)，解得6個(gè)參數(shù)r1，r2，tx0，ty0，zw0，s1；其中zw0便是該集裝箱上表面距離地面的實(shí)際高度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述平面靶標(biāo)包含但不限于黑白方格的圖案，或者規(guī)則的圓點(diǎn)的圖案。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種港口運(yùn)動(dòng)集裝箱定位系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，應(yīng)用在集裝箱碼頭對(duì)運(yùn)動(dòng)中的集裝箱卡車進(jìn)行檢測(cè)與定位；利用了集裝箱的寬度和長(zhǎng)度為已知標(biāo)準(zhǔn)尺寸的這一信息，用單目視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)象的3維信息的感知，能夠方便、快速、準(zhǔn)確地標(biāo)定出所有未知參數(shù)；它分為預(yù)先標(biāo)定步驟和實(shí)時(shí)標(biāo)定步驟，其中預(yù)先標(biāo)定步驟設(shè)定在定位系統(tǒng)安裝完成后實(shí)時(shí)測(cè)量前只需要執(zhí)行一次，實(shí)時(shí)標(biāo)定過(guò)程是在實(shí)際測(cè)量時(shí)每次測(cè)量前執(zhí)行一次；下一次測(cè)量從實(shí)時(shí)標(biāo)定開(kāi)始；具有實(shí)施方便，不對(duì)集裝箱和集裝箱的運(yùn)動(dòng)附加任何額外要求，可以靈活、準(zhǔn)確地計(jì)算任意高度的運(yùn)動(dòng)集裝箱距離正確停車位的距離，可以應(yīng)用在其它類似的視覺(jué)檢測(cè)任務(wù)中等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101216937SQ20071003622
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月5日
發(fā)明者賀俊吉, 立 史, 宓為建, 超 宓 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)