CN103324198A - 一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***及其使用方法 - Google Patents

一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，包括有安装有图像处理软件的主控机、能够实时连接拍摄的摄像设备、用于储存和提供待操作箱信息的服务器以及用于提示司机操作的显示牌，主控机与服务器连接并根据指令从服务器获取信息，主控机由图像处理软件预先设定集卡车定位目标特征及其理论位置，摄像设备摄取现场图像获取目标特征及其实时位置并传输至主控机，由主控机中的图像处理软件对目标特征的实时位置与理论位置进行比较分析，比较结果通过显示牌显示，司机根据显示牌提示完成集卡车定位。本发明的优点在于：利用计算机视觉技术，设备简单，成本低廉，维护方便，提示简洁明了，定位效率高，能够全天候工作。

Description

一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***及其使用方法
技术领域
本发明涉及集装箱码头或堆场的集装箱起重机下的集卡车定位技术领域，尤其涉及一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***及其使用方法。
背景技术
计算机视觉是指用各种成像***代替人眼作为输入手段，对目标进行识别、跟踪和测量，由计算机代替大脑对获取图像进行进一步处理和分析。它与机器人视觉有很多相似之处，主要区别在于,计算机视觉对精度要求相对较高，但对速度及实时性要求相对较低，这一特性正好符合集卡车自动定位引导。
集装箱起重机下集卡车能否快速准确定位，不仅影响集装箱起重机的作业效率，也同时影响到集卡车司机及起重机的安全作业。目前现有的集卡车定位***(简称CPS)包括激光扫描、中央处理及显示牌提示三个部分，其原理是通过激光扫描器实时检测集卡车位置，将集卡车实时位置与理论位置对比，将对比结果通过显示器指示司机准确定位。这种***的核心部件是激光扫描仪，仅该仪器价格就高达4~5万，而且寿命不长，使用维保成本都很高；此外，激光扫描仪对环境要求较高，雾气、雨水都会对激光扫描仪的准确性产生影响，而且处于室外的工作环境，激光扫描仪的镜头上极易粘附灰尘，从而影响激光扫描仪的正常工作和定位的准确性，因此激光扫描仪需要定期的进行擦拭及保养。
集卡车定位***作为集装箱装卸过程中一项非必要组成，一次性的高成本投入和高额的维护费用，对于其所能起到的作用，显然投入产出比过低，因此一种价格低廉的集卡车定位引导***就成了业界的一种期待。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***及其使用方法，其利用计算机视觉技术，由图像处理软件对比目标特征的现场实时位置与理论位置作出提示；设备简单，成本低廉，维护方便，提示简洁明了，定位效率高，能够全天候工作。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，包括有安装有图像处理软件的主控机、能够实时连接拍摄的摄像设备、用于储存和提供待操作箱信息的服务器以及用于提示司机操作的显示牌，主控机与服务器连接并根据指令从服务器获取信息，主控机由图像处理软件预先设定集卡车定位目标特征及其理论位置，摄像设备摄取现场图像获取目标特征及其实时位置并传输至主控机，由主控机中的图像处理软件对目标特征的实时位置与理论位置进行比较分析，比较结果通过显示牌显示，司机根据显示牌提示完成集卡车定位。
优化的技术措施还包括：
上述的目标特征为集卡车拖板上的锁销或集装箱前后箱角或集装箱前后箱角上的锁孔。。
上述的摄像设备为摄像机或者相机。
上述的摄像设备安装于起重机横梁的中心。
上述的主控机为工业电脑或PLC控制器。
上述的显示牌上用LED指示灯组成的箭头提示前进或者后退。
上述的显示牌上还可设置有语音提示装置。
上述的摄像设备与主控机之间采用无线或有线传输连接。
上述的主控机与所述服务器之间通过数据I/O接口连接配合。
一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***的使用方法：其特征是：包括以下步骤：
步骤一：司机将集卡车开到起重机下作业的贝位上；
步骤二：主控机通过射频识别技术或图像识别技术识别集卡车号，该主控机根据所在贝位号结合集卡车号，从服务器获取待作业箱尺寸信息，进而确定目标特征的在起重机下的理论位置；
步骤三：自动触发定位自动引导***的摄像设备工作,摄像设备摄取现场图像并通过图像处理软件分析，获取其中的目标特征的实时位置并传输至主控机；
步骤四：主控机将获得的目标特征的实时位置与理论位置作比较分析，得出目标特征与理论位置的偏离方向；
步骤五：比较分析结果传输至显示牌，并在显示牌上作出相应方向提示；
步骤六：司机根据显示牌上的提示完成集卡车的定位。
本发明的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，利用计算机视觉技术，由能够实时连接拍摄的摄像设备摄取现场的实时图像并获取目标特征的实时位置，传输至安装有图像处理软件的主控机，由图像处理软件将获取图像数据进行分析，获得其中的目标特征及其实时位置与理论位置作对比分析，对比结果传输至显示牌引导司机完成集卡车的准确定位。本自动引导***装备简单，投入成本低，维护简单，其克服了激光扫描仪投入高，维护频繁，对天气、环境要求较高的缺点，可实现全天候工作；
采用显示牌提示司机前进或者后退，提示简单明了；显示牌上还可设置有语音提示装置，用语音对司机进行方向引导提示，使引导更为高效。
附图说明
图1是本发明的框架示意图；
图2是本发明的引导******引导集卡车定位的流程图；
图3是本发明的装置安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
其中的附图标记为：主控机1、摄像设备2、服务器3、显示牌4、数据I/O接口5、横梁6、集卡车7。
如图1与图3所示，
一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，包括有安装有图像处理软件的主控机1、能够实时连接拍摄的摄像设备2、用于储存和提供待操作箱信息的服务器3以及用于提示司机操作的显示牌4，主控机1与服务器3连接并根据指令从服务器3获取信息，进而确定的目标特征的在起重机下的理论位置，主控机1由图像处理软件预先设定集卡车7定位目标特征的理论位置，摄像设备2摄取现场图像并获取目标特征及其实时位置并传输至主控机1，由主控机1中的图像处理软件对目标特征的实时位置与理论位置进行比较分析，比较结果通过显示牌4显示，司机根据显示牌4提示的调整方向完成集卡车7定位。
一般集装箱分为20尺和40尺两种尺寸规格，在空集卡车7进入集装箱起重机所在贝位时，***变可从服务器3获取得知待操作集装箱的尺寸规格。当待操作集装箱的尺寸规格20尺时，集装箱装在集卡车7拖板前面靠近驾驶室一端时，目标特征为集卡车拖板前部锁销和中部锁销，其理论位置为拖板前部锁销和中部锁销的锁销中心，两者的锁销中心距起重机中心线距离均为2926MM(20尺集装箱锁孔标准尺寸值)；集装箱装在集卡车拖板后面远离驾驶室一端时，目标特征为集卡车拖板中部锁销和尾部锁销，其理论位置为拖板中部锁销和尾部锁销的锁销中心，两者的锁销中心距起重机中心线距离也均为2926MM。当待操作集装箱的尺寸规格40尺时，目标特征为集卡车拖板前部锁销和尾部锁销，其理论位置为拖板前部锁销和尾部锁销的锁销中心，两者的锁销中心距起重机中心线距离均为5992MM(40尺集装箱锁孔标准尺寸值)。
本自动引导***通过图像处理软件在主控机1上预先设定目标特征的理论位置，可将理论位置标线画于摄像设备2获得的所有图像上，便于图像处理软件更为直观比较；集卡车7就位后，摄像设备2摄取现场图像获取目标特征的实时位置，并传输至主控机1与理论位置进行对比，对比结果处理后传输至显示牌4，由显示牌4引导司机进行集卡车7的快速定位，一台摄像设备2的投入只需几千元，本引导***一次性投入少，维护简单，受天气、环境影响小，能够实现全天候工作。
在带箱的集卡车7进入集装箱起重机所在贝位时，目标特征可为集装箱底侧面两端的锁孔；摄像设备2在摄取现场图像时，能够通过模式匹配自动从图像中寻找到目标特征。
实施例中，摄像设备2为摄像机或者相机。
实施例中，摄像设备2安装于起重机海陆侧两横梁6的中心；摄像设备2安装于中心，使集装箱底侧面两端的锁孔的中心点都能清晰地出现于摄像设备2的视野中，从而保证***引导的准确性。
实施例中，主控机1为工业电脑或PLC控制器。
实施例中，显示牌4上用LED指示灯组成的箭头提示前进或者后退，用箭头提示前进或者后退，简单明了，司机可以一目了然，从而提高集卡车7的定位效率。
显示牌4上还可以设置有语音提示装置，设置语音提示装置能更好地引导司机完成集卡车7定位操作。
实施例中，摄像设备2与主控机1之间采用有线或无线传输连接；其中采用无线传输的好处在于避免在设备之间架设传输线，减少设备检修的工作量和可能造成的安全隐患。
实施例中，主控机1与所述服务器3之间通过数据I/O接口5连接配合。
作为方案优化，起重机中心线上安装或设置醒目的标志物，每次自动引导***工作前，先通过摄像设备2拍取含标志物的图像，将标志物所在设置作为起重机理论中心线，以方便自动修正目标特征的理论位置。
作为方案的功能拓展，可在本引导***的主控机1上安装上图像识别软件，集卡车7就位后，摄像设备2摄取现场图像获取集卡车车号，与服务器3中获取的生产作业指令中集卡车信息中的车号进行对比，正确则确认指令并触发自动定位引导***，不正确，则报警提醒司机；并通过显示牌4提示集卡车7走开，以防止起重机下不正确集卡车7不必要的停留。
作为拓展还可以在主控机1上安装尺寸测量软件，在图像处理软件对目标特征的实时位置与理论位置进行比较分析的同时，精确计算实时位置与理论位置之间的距离，并在显示牌4上以数字的形式给司机以更加明确的提示，使司机在调整位置时，能更好地掌握前进或者后退的距离，从而提高集卡车7定位的效率。
本引导***还可以拓展报警功能，在摄像设备2摄取现场图像时，若所摄范围内，出现影响正常操作的人或物，立即报警，并通过语音提示装置出发提醒，从而避免安全事故的发生。
本基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***的使用方法：包括以下步骤：
步骤一：司机将集卡车7开到起重机下作业的贝位上；
步骤二：所述的主控机1通过射频识别技术或图像识别技术识别集卡车号，该主控机1根据所在贝位号结合集卡车号，从服务器3获取待作业箱尺寸信息，进而确定目标特征的在起重机下的理论位置；
步骤三：自动触发定位自动引导***的摄像设备2工作,摄像设备2摄取现场图像并通过图像处理软件分析，获取其中的目标特征的实时位置并传输至主控机1；
步骤四：所述的主控机1将获得的目标特征的实时位置与理论位置作比较分析，得出目标特征与理论位置的偏离方向；
步骤五：比较分析结果传输至显示牌4，并在显示牌4上作出相应方向提示；
步骤六：司机根据显示牌4上的提示完成集卡车7的定位。
如图2所示，使用本引导***引导集卡车7定位的过程如下：
司机驾驶集卡车7开到起重机下所需作业的贝位上，触发摄像信号使摄像设备2开始工作，摄像设备2摄取现场图像并利用射频识别技术或图像识别技术识别集卡车车号，同时根据所在贝位号从服务器3获取集卡车信息，将摄像设备2获取的集卡车车号与服务器3中获取的生产作业指令中该贝位作业的集卡车车号进行对比，正确则确认指令并触发自动定位引导***，不正确，则报警提醒司机；并通过显示牌提示集卡车7走开。
确认集卡车7正确无误后，定位***自动启动，主控器1将从服务器3中获取的生产作业指令中该贝位作业的集装箱尺寸信息包括箱号和尺寸规格。确定待作业箱的尺寸规格是20尺还是40尺，如果是20尺的集装箱进一步确定是操作部位是靠近驾驶室一端还是远离驾驶室一端，进而确定目标特征及理论位置。
摄像设备2摄取现场图像获取目标特征及其实时位置并传输至主控机1，根据待操作集装箱的尺寸规格的不同，目标特征及其的理论位置有所不同。当待操作集装箱的尺寸规格20尺时，集装箱装在集卡车7靠近驾驶室一端时，目标特征为集卡车拖板前部锁销和中部锁销，集装箱装在集卡车远离驾驶室一端时，目标特征为集卡车拖板中部锁销和尾部锁销，上述目标特征物的理论位置距离起重机中心线距离均为2926MM；同样当待操作集装箱的尺寸规格40尺时，目标特征的理论位置为集卡车拖板前部锁销和尾部锁销，目标特征距离起重机中心线距离均为5992MM；上述目标特征理论位置以标线形式画于摄像机获得的所有图像上，便于与目标特征物实际位置进行分析比较。
上述情况是集卡车7为空拖板准备装取集装箱。同样集卡车7载着集装箱准备卸箱时，目标特征物选取为集箱上下箱角，也可选取箱角上的锁孔；这样空车与装箱车特征物离地高度位置均大致相同，利于图像拍摄角度及安装位置的统一。
图像处理软件将拍摄的图像中的目标特征物的实时位置与理论位置进行比较分析，若误差超过允许范围，则通过显示牌4提示前进或者后退以及距离，也可以由语音提示装置发出语音提醒，司机根据显示牌4上的提示进行车位的调整，引导***对调整后的车位再次进行比对提示，直到误差达到允许范围；若误差在允许范围以内，显示牌4提示定位完成，可触发吊具下降发释放集装箱的命令。
本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种基于计算机视觉技术的起重机下方的集卡定位自动引导***，其特征是：包括有安装有图像处理软件的主控机(1)、能够实时连接拍摄的摄像设备(2)、用于储存和提供待操作箱信息的服务器(3)以及用于提示司机操作的显示牌(4)，所述的主控机(1)与服务器(3)连接并根据指令从服务器(3)获取信息，所述的主控机(1)由图像处理软件预先设定集卡车(7)定位目标特征及其理论位置，所述的摄像设备(2)摄取现场图像获取目标特征的实时位置并传输至主控机(1)，由主控机(1)中的图像处理软件对目标特征的实时位置与理论位置进行比较分析，比较结果通过显示牌(4)显示，司机根据显示牌(4)提示完成集卡车(7)定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的目标特征为集卡车拖板上的锁销或集装箱前后箱角或集装箱前后箱角上的锁孔。
3.根据权利要求2所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的摄像设备(2)为摄像机或者相机。
4.根据权利要求3所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的摄像设备(2)安装于起重机横梁(6)的中心。
5.根据权利要求4所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的主控机(1)为工业电脑或PLC控制器。
6.根据权利要求5所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的显示牌(4)上用LED指示灯组成的箭头提示前进或者后退。
7.根据权利要求6所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的显示牌(4)上设置有语音提示装置。
8.根据权利要求7所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的摄像设备(2)与主控机(1)之间采用无线或有线传输连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***，其特征是：所述的主控机(1)与所述服务器(3)之间通过数据I/O接口(5)连接配合。
10.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的集卡定位自动引导***的使用方法：其特征是：包括以下步骤：
步骤一：司机将集卡车(7)开到起重机下作业的贝位上；
步骤二：所述的主控机(1)通过射频识别技术或图像识别技术识别集卡车号，该主控机(1)根据所在贝位号结合集卡车号，从服务器(3)获取待作业箱尺寸信息，进而确定目标特征的在起重机下的理论位置；
步骤三：自动触发定位自动引导***的摄像设备(2)工作,摄像设备(2)摄取现场图像并通过图像处理软件分析，获取其中的目标特征的实时位置并传输至主控机(1)；
步骤四：所述的主控机(1)将获得的目标特征的实时位置与理论位置作比较分析，得出目标特征与理论位置的偏离方向；
步骤五：比较分析结果传输至显示牌(4)，并在显示牌(4)上作出相应方向提示；
步骤六：司机根据显示牌(4)上的提示完成集卡车(7)的定位。
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