集装箱对箱引导系统的制作方法

本发明涉及一种集装箱对箱引导系统。

背景技术：

现有装箱或卸箱时用于引导吊具对准集装箱的装置，例如：

专利公开号cn103196434a公布了一种港口集装箱定位装置，通过在载具水平面上安装两台激光测距传感器，测量得到地面集装箱位置的偏差信息，从而辅助集装箱的定位和装卸。

上述定位装置由于采用的激光测距传感器数量较少，并且采用单点扫描，因此存在精度低、随机误差高的缺点，在实际应用时很难实现无人自动对箱。

专利公开号cn104085794a公布了一种用于集装箱分布轮廓和位置的智能化检测系统及方法。该系统由中央控制系统、三维激光扫描模块、目标轮廓处理模块及armg运动控制器组成，具体是采用三维空间激光扫描，生成集装箱定位位置误差信号，输出给armg运动控制器，从而实现集装箱装卸过程的精准对箱和着箱。三维激光扫描模块输出的信息经过滤后可以生成轮廓图形，从而可以计算集装箱的绝对位置。

上述系统利用三维激光扫描模块生成集装箱的三维轮廓图形，计算量大、价格昂贵，不利于实际应用部署。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种定位精确且成本较低的集装箱对箱引导系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种集装箱对箱引导系统，用于引导吊具对准集装箱，其中，吊具的四个角部具有锁头，集装箱的四个角部具有与锁头配合的锁孔，其特征在于，所述引导系统包括：

集装箱图像获取模块，包括位于所述吊具四个角部的摄像机，由摄像机分别拍摄集装箱的四个角部的图像；

中央处理器模块，用于根据四个摄像机拍摄到的四个角部的图像识别出集装箱四个角部的目标锁孔位置，计算目标锁孔位置与当前吊具位置的差异；

对箱信息显示模块，用于显示中央处理器模块获得的目标锁孔位置以及目标锁孔位置与当前吊具位置的差异，由操作人员根据显示信息进行跟踪修正。

优选地，所述中央处理器模块根据获得的角部的图像获得当前锁孔位置的方法包括以下步骤：

将通过所述摄像机获得的图像转换为灰度图像，随后进行阈值分割，选择规整的矩形作为目标锁孔位置。

优选地，在进行阈值分割时，为不同的时段拍摄的不同图像找到合适的阈值，使得所有高度的图像都有比较好的锁孔识别率。

优选地，进行跟踪修正时，由中央处理器模块根据每个摄像机的安装位置和相应锁头的距离方位，将吊具到达集装箱顶平面时锁头和摄像机的实际距离和方位转换为在每一幅图像中的像素距离和方位，再根据识别出的目标锁孔位置，求得摄像机所应该对准的目标锁孔位置在每一幅图像中的像素坐标，结合每一幅图像的物理中心得到拍摄每一幅图像时的误差方向和修正量，根据误差方向和修正量对每一幅图像的物理中心进行修正得到修正中心，将修正中心对准目标锁孔位置进行跟踪修正。

优选地，所述集装箱图像获取模块还包括在每个摄像机的安装平面上配置的3轴加速度传感器，通过3轴加速度传感器来获得拍摄图像时摄像机的倾角，根据锁孔的物理大小和图像中其所占的面积估计出吊具离集装箱顶的高度，从而纠正摄像机拍摄的图像因拍摄倾角产生的位置偏移。

集装箱吊运作业人工操作难度较高，对操作人员技术及经验要求较高，特别是当待抓箱处在船仓底部，或四周有高邻箱等司机视场受限的情况下，箱间对位不仅效率低，还存在安全隐患。在自动化码头中，集装箱抓箱引导技术是其中一项重要技术，高效率、高精度的对箱引导算法能够有效提高码头作业效率。由于在效率、节能减排、安全性和用工成本方面的优势，集装箱吊运作业的自动或半自动化是未来的发展趋势。因此结构简单，稳定可靠的抓箱引导系统和智能程度更高的全自动对箱系统对于提高传统港口和货场的自动化水平，推广自动化集装箱码头具有重要的意义。

本发明的对箱引导系统工作时，集装箱吊具先由操作人员控制或其它设备控制，移动到集装附近的识别区域。然后对箱引导系统启动，通过技术手段获得吊具相对集装箱的实时位置信息。信息通过有线或无线方式反馈给集装箱吊具的控制系统，实现闭环自动控制，或将引导信息以图形图像及语音的方式来通知操作人员，实现辅助操作，提高效率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为对箱信息提示显示模块，图中，1为锁孔中心，2为集装箱，3为锁孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

现有技术方案主要是基于激光传感器单点测距，或者采用三维激光扫描生成集装箱的轮廓图。

针对现有技术的不足，本发明的技术方案主要从两个方面入手：第一，在吊具的四个角上分别安装摄像机和相应的灯光设备，实时获取集装箱四个角（包含锁孔）的图像，由于每个相机安装位置和相应锁头的距离方位是已知的，并且标准集装箱锁孔的大小也是固定的。根据这两个已知量，可以将吊具到达集装箱顶平面时锁头和相机的实际距离和方位转换为在每一幅图像中的像素距离和方位。又因为目标锁孔已经被识别出来，因而相机所应该对准的目标位置点在每一幅图像中的像素坐标都可以求得。结合图像物理中心可以计算得到拍摄每一幅图像时的误差方向和修正量。第二，如果相机安装的误差或是吊索不平衡造成吊具水平误差较大，致使拍摄到的图像位置偏移大到无法忽略，则在相机安装平面上配置3轴加速度传感器来获得拍摄图像时相机的倾角。根据锁孔物理大小和图像中其所占的面积可以估计出吊具离集装箱顶的高度，从而纠正近光轴图像因拍摄倾角产生的位置偏移。

结合图1，具体而言，本发明提供的集装箱对箱引导系统由三部分构成：集装箱图像获取模块、对箱信息提示显示模块、中央处理模块。

集装箱图像获取模块包括在吊具的四个角上分别安装的摄像机和相应的灯光设备。由四台摄像机实时获取集装箱四个角部（包含锁孔）的图像后传送到中央处理模块。如果摄像机安装的误差或是吊索不平衡造成吊具水平误差较大，致使拍摄到的图像位置偏移大到无法忽略，可以考虑在摄像机安装平面上配置3轴加速度传感器来获得拍摄图像时摄像机的倾角。根据锁孔物理大小和图像中其所占的面积可以估计出吊具离集装箱顶的高度，从而纠正近光轴图像因拍摄倾角产生的位置偏移。

中央处理模块基于工业控制计算机，是系统的核心。任务是进行图像处理和分析，检测到集装箱锁孔位置，通过相关算法获得目标锁孔位置和当前吊具位置的差异，在显示模块上将引导信息以合适的形式显示出来。当计算出吊具位置已对准了目标集装箱后给出信号，提示司机可以下降吊具进行落箱。

中央处理模块主要实现以下功能：

1）锁孔检测：因为集装箱四个角图像是四个摄像机分别拍摄的，所以四个图像分别处理。原理主要是将原图转换为灰度图像后阈值分割，然后选择规整的矩形作为锁孔位置。自动为不同的时段拍摄的不同集装箱图像找到合适的阈值，使得所有高度的图像都有比较好的锁孔识别率。如果选择1k*1k分辨率的工业相机，假设在通常作业高度拍摄的物体范围为10米见方，那么每像素的分辨率可以达到1cm。

2）目标位置检测：因为摄像机无法安装在抓斗锁头处，而必须偏离一定位置留出安装空间，因此拍摄出的图像中心并不是锁头将会落下的位置，所以将图像中心直接对准识别出的锁孔中心进行跟踪修正是不合适的。本系统中，每个摄像机安装位置和相应锁头的距离方位是已知的，并且标准集装箱锁孔的大小也是固定的。根据这两个已知量，可以将吊具到达集装箱顶平面时锁头和相机的实际距离和方位转换为在每一幅图像中的像素距离和方位。又因为目标锁孔已经被识别出来，因而摄像机所应该对准的目标位置点在每一幅图像中的像素坐标都是可以求得的。结合图像物理中心就不难得到拍摄每一幅图像时的误差方向和修正量，依据误差方向和修正量进行跟踪修正。

3）摄像机的姿态检测，前文已详细描述，此处不再赘述。

对箱信息提示显示模块位于吊具操作员驾驶室，可以显示获取的集装箱四个角（包含锁孔）的图像。检测到的目标锁孔位置被标注在图像上，并持续给出引导吊具接近目标的修正信息，以辅助人工操作。引导信息也可以以恰当的形式提供给自动控制系统来实现自动对箱。