专利名称:一种运动物体定位纠偏系统及其运动跟踪方法
技术领域：
本发明涉及运动物体定位纠偏系统，本发明还涉及用于运动物体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运动物体定位系统中，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种系统可用于运动物体定位，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、定位精度高的运动物体定位纠偏系统，本发明的目的还提供一种用于运动物体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--单片机控制系统，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；--参照物，用于设定运动物体规定的运动轨迹；--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。
其中，所述参照物为无人干预的地面静态参照物，包括地表面上一条通过颜色标识的与运动轨迹相同的线或条带。
其中，所述参照物包括运动物体起始或终止点上两个固定特定的参照物体，或不特定的参照物体如终端的静止场景。
其中，所述图像摄取系统包括用于获得所需图像的设备，包括摄像机，面阵列扫描装置，线阵列扫描装置，飞点扫描装置；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；智能控制器设备，如单片机，DSP和PC机，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。
本发明用于运动物体定位纠偏系统的运动跟踪方法，包括有以下步骤1)接受从图像摄取系统传送来的图像数据；2)匹配特征对的计算在两幅图像中搜索参照物，提取参照物的相对应特征得到匹配特征对，其中搜索参照物利用图像处理方法，根据参照物的特征对参照物进行定位，如将直线条作为参照物，可以利用图像处理的方法确定中轴线作为匹配特征；3)根据匹配特征在两幅图像中的位置关系计算实际物体的相对运动，包括运动位移，方向以及旋转等；4)如果当前运动状态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运动物体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运动物体运动轨迹，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运动物体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、单片机控制系统；4、运动物体；5、摄像头；6、待检查的集装箱；7、参照物；8、照明灯；9、控制箱；10、数据采集卡；11、计算机；12、设定的运动方向。
具体实施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4所示，本发明在运动物体4规定的运动轨迹上设定参照物7，参照物7可以是地表面上一条通过颜色标识的与运动轨迹相同的线或条带，也可以是运动物体起始或终止点上两个固定的参照物7体，在运动物体4上安装一个或多个摄像机，通过摄像头5拍摄的饱含参照物的连续图片，利用运动分析算法来跟踪测量物体的运动轨迹，根据运动轨迹的每一步位移和方向来判断是否需要纠偏，最后通过控制系统根据偏移的的位移和方向来调整物体定位从而实现物体定位纠偏功能。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，物体运动4的道路上参照物与背景颜色对比鲜明。所述控制系统3安装在运动物体4上。运动跟踪系统通过运动分析算法计算物体运动与原设定运动路线的偏移方向和偏移距离，并将此信息传送给运动控制系统。运动控制系统通过获得的信息控制物体的运动方向和运动距离，从而达到使物体与设定方向一致。
物体运动4速度要在一定范围之内，否则摄像头5会有丢帧现象。
物体运动4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)匹配特征对的计算在两幅图像中搜索参照物7，提取参照物7的相对应特征得到匹配特征对，其中搜索参照物7利用图像处理方法，根据参照物7的特征对参照物7进行定位，如将直线条作为参照物，可以利用图像处理的方法确定中轴线作为匹配特征；3)根据匹配特征在两幅图像中的位置关系计算实际物体的相对运动，包括运动位移，方向以及旋转等；4)如果当前运动状态超过设定的阈值则将当前运动状态传送给控制系统3进行纠错，否则将当前运动状态加入运动轨迹记录中。
其中，阈值是由实际运动物体可容许的最大偏移量决定的。
权利要求
1.一种运动物体定位纠偏系统，包括控制系统，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--参照物，用于设定运动物体规定的运动轨迹；--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所述的一种运动物体定位纠偏系统，其特征在于所述参照物为无人干预的地面静态参照物，包括地表面上一条通过颜色标识的与运动轨迹相同的线或条带。
3.如权利要求
1所述的一种运动物体定位纠偏系统，其特征在于所述参照物包括运动物体起始或终止点上两个固定特定的参照物体，或不特定的参照物体如终端的静止场景。
4.如权利要求
1所述的一种运动物体定位纠偏系统，其特征在于所述图像摄取系统包括用于获得所需图像的设备，包括摄像机，面阵列扫描装置，线阵列扫描装置，飞点扫描装置；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；智能控制器设备，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。
5.如权利要求
1所述的一种运动物体定位纠偏系统，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。
6.用于权利要求
1所述的一种运动物体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)匹配特征对的计算在两幅图像中搜索参照物，提取参照物的相对应特征得到匹配特征对，其中搜索参照物利用图像处理方法，根据参照物的特征对参照物进行定位，如将直线条作为参照物，可以利用图像处理的方法确定中轴线作为匹配特征；3)根据匹配特征在两幅图像中的位置关系计算实际物体的相对运动，包括运动位移，方向以及旋转等；4)如果当前运动状态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。
7.如权利要求
6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运动物体可容许的最大偏移量决定的。
专利摘要
本发明涉及运动物体定位纠偏系统。本发明公开一种运动物体定位的纠偏系统及其运动跟踪方法，包括控制系统，参照物，图像摄取系统，运动跟踪系统。方法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；3)根据匹配特征在两幅图像中的位置关系计算实际物体的相对运动；4)如果当前运动状态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。
文档编号G01C11/00GK1996194SQ200510135929
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月31日
发明者张丽, 陈志强, 王丽君, 王志明, 赵自然, 邢宇翔, 肖永顺, 李元景, 刘以农 申请人:清华大学, 清华同方威视技术股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan