专利名称：一种集装箱对准系统及对准方法
技术领域：
本发明涉及集装箱对准系统及对准方法。本专利中的集装箱对准方法和系统可以应用到大部分的港口机械(如堆高机、正面吊等)。
背景技术：
集装箱堆垛机械被广泛应用于集装箱码头、铁路中转站、公路中间站以及集装箱货场，主要用于集装箱的堆垛和搬运。空集装箱堆垛可达九层，由于堆垛高度较高，每一层的集装箱需要准确的对齐，否则有可能导致集装箱倒塌。当堆垛机械堆垛集装箱到较高层时，由于距离较远、视角太高、吊具摇晃幅度较大，堆垛机械驾驶员难以准确地将吊具上的集装箱对准下面已经堆垛好的集装箱，需要反复操作堆垛机械，才能对准，这样堆垛质量得不到保证，而且大大影响堆垛机械的作业生产效率。
发明内容
发明所要解决的技术问题是提供一种集装箱对准系统及对准方法，该集装箱对准系统及对准方法能有效提供堆垛对齐质量，提高堆垛效率。本发明的技术解决方案如下一种集装箱对准方法，采用以下3种方法中的任一种方法实现方法1 采用2个激光雷达以及至少1个单目摄像机测量并对准步骤1:方向对齐通过分别安装在吊具左右侧支架上的2台激光雷达分别对集装箱的左右两侧扫描，从而测得激光雷达到吊具上的集装箱的两侧的水平距离bl和b2，以及测得激光雷达到已堆垛好的集装箱的水平距离b3和b4，采用以下公式I3i = Ii .COS(Cii),其中i = 1，2，3，4山为激光雷达到集装箱上某一点的直线距离，1^与131』2』3和b4对应，Qi为Ii与水平面的夹角；通过吊具移动，使得bl = 1^即让图3中的θ =0，即消除了吊具上的集装箱与已经堆垛好的集装箱之间的角度差；步骤2:左右对齐使用安装在吊具支架上的单目摄像机对吊具上的集装箱的左端或右端进行拍照， 在所得图像中检测出其中的2条边缘线，一条边缘线为吊具上的集装箱的一侧的边缘线， 另一条边缘线为已堆垛好的集装箱的侧边缘线，根据所述2条边缘线在图像之间的距离，
再结合摄像机的标定，得到吊具上的集装箱与已堆垛好的集装箱左右方向上的实际距离 f ；通过吊具移动吊具上的集装箱，使得f = 0，即消除集装箱的左右位置差；步骤3:前后对齐使用步骤1中的测量方法，得到上下集装箱的前后位置差，将集装箱移动，使得前后位置差为零，即使得吊具上的集装箱与已堆垛好的集装箱前后对齐，完成集装箱的对
4准；最后让吊具下降，把吊具上的集装箱放置在已经堆垛好的集装箱上；方法2 采用2个立体摄像机测量并对准步骤a:方向对齐在吊具两侧各设置1个立体摄像机，每一个立体摄像机包括两个单目摄像机L和 R;每一个立体摄像机测量集装箱上的某一点到立体摄像机基线即LR连线的方法如下对于任一个立体摄像机包含的单目摄像机L和R，在吊具上的集装箱或下面已经堆垛好的集装箱上选择某一标志点记为0，两个单目摄像机L和R的焦距均为w，两个单目摄像机L和R之间距离为b，LO为L拍摄到的图像即左边图像的中心，Lx为点0在左边图像上的成像，RO为R拍摄到的图像即右边图像的中心，Rx为点0在右边图像上的成像，则0 点到LR连线的垂直距离为ζ = bw/lxfhl，其中&为点Lx在左边图像中的横坐标，xE为点Rx在右边图像中的横坐标；对于同一台立体摄像机，分别在吊具上的集装箱和下面已经堆垛好的集装箱上各选取一个标志点，求得的每一个标志点到该台立体摄像机的距离z，2个ζ值的差值即为该立体摄像机处前后方向的位置差d ；比较两个立体摄像机处的位置差，结合两个立体摄像机之间的距离，求出上下集装箱的角度差θ ；通过吊具移动，使得上集装箱与下集装箱的角度差θ得以消除；步骤b:左右对齐使用任一立体摄像机包含的任一个单目摄像机对吊具上的集装箱的左端或右端进行拍照，所得图像中包含有2条边缘线，一条边缘线为吊具上的集装箱的一侧的边缘线， 另一条边缘线为已堆垛好的集装箱的侧边缘线，根据所述2条边缘线在图像之间的距离，
再结合摄像机的标定，得到吊具上的集装箱与已堆垛好的集装箱左右方向上的实际距离 f ；通过吊具移动吊具上的集装箱，使得f = 0，即消除集装箱的左右位置差；步骤C:前后对齐使用步骤a中的测量方法，得到上下集装箱的前后位置差，移动吊具，将集装箱往后方移动，使得前后位置差为零，即完成集装箱的对准；最后让吊具下降，把吊具上的集装箱放置在已经堆垛好的集装箱上。方法3 方法1和方法2的融合使集装箱对准，方法1中的摄像头采用立体摄像机中两个摄像头中的任意一个摄像头，包括以下步骤步骤I:方向对齐将方法1中步骤1中测得的h与方法2中步骤a中测得的两个ζ值通过冗余数据的融合方法取加权平均以增强测量的精度，再移动吊具移动实现集装箱的方向对齐；融合方法如下根据激光雷达和立体视觉在不同距离上的测量精度，再考虑当时环境的影响，确定激光雷达和立体摄像机各自的加权系数，通过加权平均得到最后的结果。 假设&为激光雷达的误差，&为立体视觉的误差，它们均为随机变量。&是[-1，1]上的均勻分布，)(2是[_h，h]上的均勻分布，由于激光雷达较为精确，所以h> 1。
融合策略如下
权利要求
1. 一种集装箱对准方法，其特征在于，采用以下3种方法中的任一种方法实现 方法1 采用2个激光雷达以及至少1个单目摄像机测量并对准 步骤1:方向对齐通过分别安装在吊具左右侧支架上的2台激光雷达分别对集装箱的左右两侧扫描，从而测得激光雷达到吊具上的集装箱的两侧的水平距离bl和b2，以及测得激光雷达到已堆垛好的集装箱的水平距离b3和b4，采用以下公式bi = I^cos(Cii),其中i = l，2，3，4;li为激光雷达到集装箱上某一点的直线距离，bi 与bl、b2、b3和b4对应，Qi为Ii与水平面的夹角；通过吊具移动，使得bl = b2，即消除了吊具上的集装箱与已经堆垛好的集装箱之间的角度差；步骤2 左右对齐使用安装在吊具支架上的单目摄像机对吊具上的集装箱的左端或右端进行拍照，在所得图像中检测出其中的2条边缘线，一条边缘线为吊具上的集装箱的一侧的边缘线，另一条边缘线为已堆垛好的集装箱的侧边缘线，根据所述2条边缘线在图像之间的距离，再结合摄像机的标定，得到吊具上的集装箱与已堆垛好的集装箱左右方向上的实际距离f ； 通过吊具移动吊具上的集装箱，使得f = 0，即消除集装箱的左右位置差； 步骤3:前后对齐使用步骤1中的测量方法，得到上下集装箱的前后位置差，将集装箱移动，使得前后位置差为零，即使得吊具上的集装箱与已堆垛好的集装箱前后对齐，完成集装箱的对准； 最后让吊具下降，把吊具上的集装箱放置在已经堆垛好的集装箱上； 方法2 采用2个立体摄像机测量并对准 步骤a:方向对齐在吊具两侧各设置1个立体摄像机，每一个立体摄像机包括两个单目摄像机L和R ； 每一个立体摄像机测量集装箱上的某一点到立体摄像机基线即LR连线的方法如下 对于任一个立体摄像机包含的单目摄像机L和R，在吊具上的集装箱或下面已经堆垛好的集装箱上选择某一标志点记为0，两个单目摄像机L和R的焦距均为w，两个单目摄像机L和R之间距离为b，LO为L拍摄到的图像即左边图像的中心，Lx为点0在左边图像上的成像，RO为R拍摄到的图像即右边图像的中心，Rx为点0在右边图像上的成像，则0点到 LR连线的垂直距离为ζ = bw/ I xL-xE I，其中&为点Lx在左边图像中的横坐标，xE为点Rx 在右边图像中的横坐标；对于同一台立体摄像机，分别在吊具上的集装箱和下面已经堆垛好的集装箱上各选取一个标志点，求得的每一个标志点到该台立体摄像机的距离z，2个ζ值的差值即为该立体摄像机处前后方向的位置差d ；比较两个立体摄像机处的位置差，结合两个立体摄像机之间的距离，求出上下集装箱的角度差θ ；通过吊具移动，使得上集装箱与下集装箱的角度差θ得以消除； 步骤b 左右对齐使用任一立体摄像机包含的任一个单目摄像机对吊具上的集装箱的左端或右端进行拍照，所得图像中包含有2条边缘线，一条边缘线为吊具上的集装箱的一侧的边缘线，另一条边缘线为已堆垛好的集装箱的侧边缘线，根据所述2条边缘线在图像之间的距离，再结合摄像机的标定，得到吊具上的集装箱与已堆垛好的集装箱左右方向上的实际距离f ； 通过吊具移动吊具上的集装箱，使得f = 0，即消除集装箱的左右位置差； 步骤c:前后对齐使用步骤a中的测量方法，得到上下集装箱的前后位置差，移动吊具，将集装箱往后方移动，使得前后位置差为零，即完成集装箱的对准；最后让吊具下降，把吊具上的集装箱放置在已经堆垛好的集装箱上。 方法3 方法1和方法2的融合使集装箱对准，方法1中的摄像头采用立体摄像机中两个摄像头中的任意一个摄像头，包括以下步骤 步骤I 方向对齐将方法1中步骤1中测得的h与方法2中步骤a中测得的两个ζ值通过冗余数据的融合方法取加权平均以增强测量的精度，再移动吊具移动实现集装箱的方向对齐； 步骤II 按照方法2的步骤b实现左右对齐。步骤III 按照步骤I的方法通过冗余数据融合方法得到上下集装箱的前后位置差，移动集装箱以消除此位置差。
2.根据权利要求1所述的集装箱对准方法，其特征在于，所述的标志点为集装箱上的任何一个成像特征点。
3.根据权利要求1或2所述的集装箱对准方法，其特征在于，激光雷达扫描线所经过的平面为竖直平面，立体摄像机或单目摄像机的视角向下倾斜，以便拍摄到吊具上的集装箱和已堆垛好的集装箱。
4.一种基于权利要求1所述的集装箱对准方法的集装箱对准系统，其特征在于，包括2 个激光雷达、2台立体摄像机以及带显示屏的工控机，所述的激光雷达和立体摄像机通过支架安装于吊具左右两侧，每侧一个激光雷达和一个立体摄像机。
5.一种基于权利要求1所述的集装箱对准方法的集装箱对准系统，其特征在于，工控机上设有显示屏，所述的显示屏安装在堆垛机械驾驶人员身边。
全文摘要
本发明提供一种集装箱对准系统及对准方法，采用以下3种方法中的任一种方法实现方法1采用2个激光雷达以及至少1个单目摄像机测量并对准；方法2采用2个立体摄像机测量并对准；方法3方法1和方法2的融合使集装箱对准，方法1中的摄像头采用立体摄像机中的摄像头。该集装箱对准系统及对准方法能有效保证堆垛对齐质量，提高堆垛效率。
文档编号B66C13/08GK102431895SQ201110263679
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者余伶俐, 唐琎, 梁珊, 梁雄, 蔡自兴 申请人:中南大学