专利名称：：一种机车定位纠偏系统及其运动跟踪方法
技术领域：
：本发明涉及机车定位纠偏系统，本发明还涉及用于机车定位纠偏系统的运动跟踪方法
背景技术：
纠偏系统广泛用于在自动化的流水线生产作业中以及机车定位系统中，如利用纠偏控制系统能够保证物料在开导，卷取，传送，切分，拼接，贴合过程中满足工艺要求或产品质量问题；利用纠偏系统实现机车正确定位等。目前纠偏系统主要分为三种1、传感器纠偏控制系统依据传感器探测卷材的边缘或线条，读出卷材实际位置与设定位置的偏移量，将偏移量转换成与之成正比的电信号，再将该信号输入控制器，信号经控制器放大、校准后，输入至执行机构，执行机构根据信号的大小，驱动导向支架，将卷材回复至设定位置。根据卷材的不同采用各种传感器--光电传感器、超声波传感器、线形跟踪传感器，以适应全透明卷材、光敏薄膜、钢板卷材、印有对比线条用以跟踪的卷材等纠偏需要。纠偏精度能够在0.5mm或者更小范围。2、激光纠偏控制系统通过激光发射器沿设计管道轴线发射激光束射到前进中工具头内的激光接收器，与工具头的实际中心位置对比，其误差信号反馈到电脑进行处理，然后通过控制装置根据位移偏差调整工具头实现纠偏功能。3、GPS纠偏系统上海振华港机把GPS系统运用到集装箱起重机上、大梁升降、双40英尺箱的岸边集装箱起重机上实现了误差小于15毫米的纠错定位系统。其中，第1种系统虽然精度高，但适用范围窄；第2、第3种系统可用于机车定位，但成本均较高。
发明内容(一)要解决的技术问题本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、定位精度高的机车定位纠偏系统，本发明的目的还提供一种用于机车定位纠偏系统的运动跟踪方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本发明采取以下方案包括包括单片机控制器，用于控制输入输出，接收需要纠偏的运动参数数据，发出命令给执行机构；图像摄取系统，用于获取连续数字图像数据；运动跟踪系统，用于根据图像数据执行运动跟踪算法，确定实际运动参数，从而判定当前运动状态是否需要纠错并把需要纠错的运动参数传送给控制系统其中，所述图像摄取系统包括摄像机，用于拍摄近地图片；照明或补光设备，用于补充光照，增强摄像机拍摄图片质量；电缆，用于传输数据；单片机控制器，用于接收需要纠偏的运动参数数据，发出命令给执行机构；控制箱，用于系统各部分配电控制。其中，所述运动跟踪系统包括数据采集卡，用于进行图像采集；计算机，用于处理图像数据并传送给控制系统；与控制系统的接口，用于传输运动状态信息。本发明用于机车定位纠偏系统的运动跟踪方法，有以下步骤1)接受从图像摄取系统传送来的图像数据；2)匹配特征对的计算a)在图像的一个局部范围内，利用全搜索算法[1，2]根据图像灰度的相似度来搜索两幅图像间相对应的块，其中相似度是由计算两个对应块间的灰度值方差的倒数得到，而最佳匹配块对应最大相似度的块，对应块内的对应点对就是匹配点对；b)提取两幅图像相对不变的特征，利用特征搜索算法变换得到匹配对象特征。3)根据目标在两幅图像中的位置关系计算实际目标的相对运动，包括旋转角度和运动位移；4)如果当前运动状态显著偏移预定运动，即运动参数超过设定的阈值则将当前运动状态传送给控制器进行纠错，否则将当前运动状态加入运动轨迹记录中。其中，所述设定的阈值是由实际机车可容许的最大偏移量决定的。(三)有益效果1)与已有技术相比，由于采用以上方案，本发明在硬件上结构简单，成本低；2)，在软件上执行高效算法来跟踪机车运动轨迹，具有定位精度高的特点。图1是本发明总体结构示意框图；图2是本发明车载移动式扫描机车纠偏系统运作示意图；图3是本发明图像摄取系统示意框图；图4是本发明运动跟踪系统示意框图。图中1、图像摄取系统；2、运动跟踪系统；3、控制系统；4、车载式集装箱检查系统；5、摄像头；6、待检查的集装箱；7、拍摄图片；8、照明灯；9、控制箱；10、数据采集卡；11、计算机。具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1、图3、图4所示，本发明是通过图像摄取系统1中的摄像头5拍摄的近地连续图片，由运动跟踪系统2利用图像配准方法来跟踪测量机车的运动轨迹，根据运动轨迹的每一步位移和方向来判断是否需要纠偏，最后通过控制系统3根据偏移的的位移和方向来调整机车定位从而实现机车定位纠偏功能。其中，摄像头5拍摄的图片通过数据采集卡10采集，由计算机11处理图像数据并传送给控制系统3。所述摄像头5拍摄的图片尽可能的接近地面，这样能保证拍摄图片的细节多。为避免外界光源的干扰，照明灯8或补光装置要补充光源并且抵制外界光源。如用高频镝灯。如图2所示，机车运动的道路上要有明显的标志物，比如色彩鲜明的线条，这有利于图像配准。机车行驶速度要在一定范围之内，否则摄像头会有丢帧现象。机车定位纠偏系统的运动跟踪方法的执行步骤1)接受从图像摄取系统传送来的图像数据；2)匹配特征对的计算a)在图像的一个局部范围内，利用全搜索算法[1，2]根据图像灰度的相似度来搜索两幅图像间相对应的块。其中相似度是由计算两个对应块间的灰度值方差的倒数得到，而最佳匹配块对应最大相似度的块。对应块内的对应点对就是匹配点对。b)提取两幅图像相对不变的特征，如特征线，颜色及特殊的灰度等，这主要利用特征搜索算法，如KL变换，DCT变换等得到匹配对象特征。3)根据目标在两幅图像中的位置关系计算实际目标的相对运动，包括旋转角度和运动位移；4)如果当前运动状态显著偏移预定运动，即运动参数超过设定的阈值则将当前运动状态传送给控制器进行纠错，否则将当前运动状态加入运动轨迹记录中。其中，阈值是由实际机车可容许的最大偏移量决定的。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.，可调部分畸变的快速块运动估计搜索算法，CirSysVideo(13)，第1期，2003年1月，页100-110Lu，J.H.，Liou，M.L.，ASimpleAndEfficientSearchAlgorithmforBlock-MatchingMotionEstimation，CirSysVideo(7)，No.2，April1997，pp.429-433。Lu，J.H.，Liou，M.L.一种简单有效的基于块匹配运动估计的搜索算法，CirSysVideo(7)，第2期，1997年4月，429-433页。权利要求1.一种机车定位纠偏系统，包括控制系统，包括单片机控制器，用于控制输入输出，接收需要纠偏的运动参数数据，发出命令给执行机构，其特征在于还包括图像摄取系统，用于获取连续数字图像数据；运动跟踪系统，用于根据图像摄取系统传送的图像数据执行运动跟踪算法实现运动跟踪功能，判定当前运动状态是否需要纠错并把需要纠错的运动状态传送给控制系统。2.如权利要求1所述的一种机车定位纠偏系统，其特征在于所述图像摄取系统包括摄像机，用于拍摄近地图片；照明或补光设备，用于补充光照，增强摄像机拍摄图片质量；电缆，用于传输数据；单片机控制器，用于接收需要纠偏的运动参数数据，发出命令给执行机构；控制箱，用于系统各部分配电控制。3.如权利要求1所述的一种机车定位纠偏系统，其特征在于所述运动跟踪系统包括数据采集卡，用于进行图像采集；计算机，用于处理图像数据并传送给控制系统；与控制系统的接口，用于传输运动状态信息。4.用于权利要求1所述的一种机车定位纠偏系统的运动跟踪方法，其特征在于有以下步骤1)接受从图像摄取系统传送来的图像数据；2)匹配特征对的计算a)在图像的一个局部范围内，利用全搜索算法[1，2]根据图像灰度的相似度来搜索两幅图像间相对应的块，其中相似度是由计算两个对应块间的灰度值方差的倒数得到，而最佳匹配块对应最大相似度的块，对应块内的对应点对就是匹配点对；b)提取两幅图像相对不变的特征，利用特征搜索算法变换得到匹配对象特征；3)根据目标在两幅图像中的位置关系计算实际目标的相对运动，包括旋转角度和运动位移；4)如果当前运动状态显著偏移预定运动，即运动参数超过设定的阈值则将当前运动状态传送给控制器进行纠错，否则将当前运动状态加入运动轨迹记录中。5.如权利要求1所述的一种机车定位纠偏系统的运动跟踪方法，其特征在于所述设定的阈值是由实际机车可容许的最大偏移量决定的。全文摘要本发明涉及机车定位纠偏系统。本发明公开一种用于机车定位的纠偏系统及其运动跟踪方法，包括单片机控制器，用于控制输入输出，接收需要纠偏的运动参数数据，发出命令给执行机构；图像摄取系统，用于获取连续数字图像数据；运动跟踪系统，用于根据图像数据执行运动跟踪算法，确定实际运动参数，从而判定当前运动状态是否需要纠错并把需要纠错的运动参数传送给控制系统。其方法接受图像数据；搜索两幅图像共同具有的块或者对象目标从而确定图像上的匹配特征对；根据匹配特征对来计算实际的运动参数；根据这些运动参数确定机车的相对运动得到当前运动状态，如果当前运动状态显著偏移预定的运动，则将运动参数传送给控制器进行纠错，否则将当前运动状态加入运动轨迹记录中作为后续运动参数的参考值。文档编号G05D3/20GK1996195SQ200510135928公开日2007年7月11日申请日期2005年12月31日优先权日2005年12月31日发明者刘以农,陈志强,王丽君,张丽,赵自然,邢宇翔,肖永顺,李元景申请人:清华大学,清华同方威视技术股份有限公司