CN207115499U - 基于双目视觉的行车自动定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于双目视觉的行车自动定位装置，其减少工人的劳动强度、并提高生产效率。其包括行车轨道、大车、小车、吊具和支架，行车轨道是固定在支架上的，行车轨道为一对平行设置的轨道梁，所述大车的长度方向两端分别架设在所述行车轨道的对应轨道梁上、并沿着行车轨道进行直线向的往复运动，小车安装于所述大车上部，所述小车沿着所述大车的长度方向上往复直线运动，所述的吊具为C型吊具，所述吊具通过可升降结构安装在所述小车上，所述吊具的运动方向和地面垂直，其特征在于：其还包括至少一对光电传感器、双目摄像机、计算机，至少一根轨道梁的两端布置对应的一对光电传感器，所述双目摄像机分别布置于所述大车的长度方向的两端。

Description

基于双目视觉的行车自动定位装置

技术领域

本实用新型涉及行车定位的技术领域，具体为基于双目视觉的行车自动定位装置。

背景技术

目前在工厂等场所大量应用行车来进行搬运作业，这些被搬运的货物在进行转移时都需要进行位置的定位。目前多数行车是人工进行控制的，这种方法精度不高，操作人员的工作强度还比较大，同时还容易出现失误。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了基于双目视觉的行车自动定位装置，其通过在行车的大车轨道两端安装光电传感器，用来进行该方向的位置的确定，然后再在大车的两端安装摄像机，摄像机获取行车运行过程的图像信息，识别行车吊具及其空间方位，从而实现吊具位置和深度的确定，减少工人的劳动强度、并提高生产效率。

基于双目视觉的行车自动定位装置，其技术方案是这样的：其包括行车轨道、大车、小车、吊具和支架，行车轨道是固定在支架上的，所述行车轨道为一对平行设置的轨道梁，所述大车的长度方向两端分别架设在所述行车轨道的对应轨道梁上、并沿着行车轨道进行直线向的往复运动，所述小车安装于所述大车上部，所述小车沿着所述大车的长度方向上往复直线运动，所述吊具通过可升降结构安装在所述小车上，所述吊具的运动方向和地面垂直，其特征在于：其还包括至少一对光电传感器、双目摄像机、计算机，至少一根轨道梁的两端布置对应的一对光电传感器，所述双目摄像机分别布置于所述大车的长度方向的两端，所述光电传感器、双目摄像机的数据输入至对应的计算机。

其进一步特征在于：一对光电传感器分别布置于一根轨道梁的两端，放置一对光电传感器是进行冗余设置，因为这两个传感器测量的值相加应该是一个恒定的值，所以可以用来一对光电传感器检测是否传感器损或者其所测距离是否准确；

所述吊具为C型吊具；

双目视觉***由两个摄像机、一块图像采集卡、一个标定板和一台计算机构成，其中摄像机完成对场景的图像采集，得到场景的模拟图像，采集卡完成对模拟图像的数字化，然后输入计算机中，然后计算机对数字图像进行分析处理得到目标点的三维信息；有一组所述光电传感器安装在行车轨道的两端的，用来进行大车运动的定位，从而可以确定大车相对于行车轨道方向的位置，所述双目摄像机是安装在大车两端的，用来识别定位吊具的位置和深度，从而可以确定小车的相对于大车长度方向的位置和吊具在相对于地面高度的位置，最终可以实现吊具准确的定位到所要移动的货物位置上；由于双目摄像机的视野有限，所以在该实用新型中，我们先使用光电传感器来确定大车相对于行车轨道方向的位置，然后再使用双目视觉技术来确定吊具的位置和深度。

一种基于双目视觉的行车定位方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)定义厂房和行车运行轨迹的空间坐标系；以行车轨道所在的其中一个端点作为该行车运行空间的零点，其中大车运动方向定义为X方向，小车运动方向定义为Y方向，吊具运动方向定义为Z方向；

(2)在行车轨道的至少一根轨道梁的两端安装一对光电传感器；用于大车运动位置的确定。通过光电传感器使得大车主体与被吊物体对正；

(3)在大车长度方向的两端安装摄像机，形成双目摄像机，用于小车和吊具运行位置的确定，通过双目摄像机可以识别出吊具所在的位置，从而通过小车的运动使得吊具与被吊物体对正，然后通过吊具的升降，将吊具准确的找到被吊物体的位置。

其进一步特征在于：

由于双目摄像机的视野有限，先使用光电传感器来确定X方向上的位置，然后再使用双目视觉技术来确定Y、Z方向上位置；

把要移动的位置或者是要移动的货物所在的位置在XYZ所形成的空间坐标系中标示出来，再确定了被吊货物的坐标之后，就可以将行车自动移动到该位置上，进行相应的工作；

获取吊具所在的位置时采用基于HS多高斯混合模型的行车背景建模和吊具位置计算方法获得，其以HSV空间中H、S分量进行背景建模，通过参数更新方式和前景判别方式，并借助V分量进行阴影去除和后期形态学处理改善吊具检测效果，其对于待提取的每一帧视频，首先通过滤波、颜色空间变换等预处理手段对图像进行处理，然后利用HS多高斯背景建模方法对背景初步提取吊具图像，最后通过阴影去除技术、形态学处理操作对图像做后续优化操作，提取出吊具位置；

对于吊具的具***置，其通过基于运动特征和环境特征相结合的吊具运动特征提取方法，充分利用运动过程中吊具的运动变化信息和环境变化信息描述吊具运动特性获取电锯的位置；

对于吊具不容易的吊起被吊物体的时候，在找准位置之后，改用手动操作，把吊具放到被吊物体的吊环中。

本实用新型提供了一种基于双目视觉的行车定位装置，大车的往复运动方向记作X方向，小车的往复运动方向为Y方向，吊具的运动方向并记作Z方向，其通过在行车的大车轨道两端安装光电传感器，用来进行X方向的位置的确定，然后再在大车的两端安装摄像机，摄像机获取行车运行过程的图像信息，识别行车吊具及其空间上Y方向、Z方向的位置，其不需要工人反复操控行车的大车位移和小车位移来实现定位，因此提高了行车与目标的定位速度和工作效率，同时也减少了工人的劳动强度。同时该实用新型的***简单，成本不高，双目视觉测量属于非接触测量，提高了***的可靠性。

附图说明

图1为实用新型基于双目视觉的行车定位装置的结构俯视示意图；

图2为双目视觉定位流程图；

图中序号所对应的名称如下：

行车轨道1、大车2、小车3、摄像机4、吊具5、光电传感器6、被吊货物目标点7、空间坐标的零点8。

具体实施方式

基于双目视觉的行车自动定位装置，见图1：其包括行车轨道、大车、小车、吊具和支架，行车轨道是固定在支架上的，所述行车轨道为一对平行设置的轨道梁，所述大车的长度方向两端分别架设在所述行车轨道的对应轨道梁上、并沿着行车轨道进行直线向的往复运动，所述大车的往复运动方向记作X方向，所述小车安装于所述大车上部，所述小车沿着所述大车的长度方向上往复直线运动，所述小车的往复运动方向为Y方向，所述的吊具为C型吊具，所述吊具通过可升降结构安装在所述小车上，所述吊具的运动方向和地面垂直，所述吊具的运动方向并记作Z方向；其还包括至少一对光电传感器、双目摄像机、计算机(图中未画出、属于现有成熟技术)，至少一根轨道梁的两端布置对应的一对光电传感器，所述双目摄像机分别布置于所述大车的长度方向的两端。

一种基于双目视觉的行车定位方法，其包括如下步骤：

(1)定义厂房和行车运行轨迹的空间坐标系；以行车轨道所在的其中一个端点作为该行车运行空间的零点，其中大车运动方向定义为X方向，小车运动方向定义为Y方向，吊具运动方向定义为Z方向；

(2)在行车轨道的至少一根轨道梁的两端安装一对光电传感器；用于大车运动位置的确定。通过光电传感器使得大车主体与被吊物体对正；

(3)在大车长度方向的两端安装摄像机，形成双目摄像机，用于小车和吊具运行位置的确定，通过双目摄像机可以识别出吊具所在的位置，从而通过小车的运动使得吊具与被吊物体对正，然后通过吊具的升降，将吊具准确的找到被吊物体的位置。

由于双目摄像机的视野有限，先使用光电传感器来确定X方向上的位置，然后再使用双目视觉技术来确定Y、Z方向上位置；

把要移动的位置或者是要移动的货物所在的位置在XYZ所形成的空间坐标系中标示出来，再确定了被吊货物的坐标之后，就可以将行车自动移动到该位置上，进行相应的工作；

获取吊具所在的位置时采用基于HS多高斯混合模型的行车背景建模和吊具位置计算方法获得，其以HSV空间中H、S分量进行背景建模，通过参数更新方式和前景判别方式，并借助V分量进行阴影去除和后期形态学处理改善吊具检测效果，其对于待提取的每一帧视频，首先通过滤波、颜色空间变换等预处理手段对图像进行处理，然后利用HS多高斯背景建模方法对背景初步提取吊具图像，最后通过阴影去除技术、形态学处理操作对图像做后续优化操作，提取出吊具位置；

对于吊具的具***置，其通过基于运动特征和环境特征相结合的吊具运动特征提取方法，充分利用运动过程中吊具的运动变化信息和环境变化信息描述吊具运动特性获取电锯的位置；

对于吊具不容易的吊起被吊物体的时候，在找准位置之后，改用手动操作，把吊具放到被吊物体的吊环中。

双目视觉技术是模仿人眼的成像原理，从两个视点观察同一个事物，以获取在不同视点下的二维图片，然后通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差来获取事物的三维信息。其实就是通过两个摄像机从不同的视角上拍摄到图像，然后从这两个二维图像中恢复拍摄物体的三维信息的过程。双目视觉***一般由两个摄像机、一块图像采集卡、一个标定板和一台计算机构成。其中摄像机完成对场景的图像采集，得到场景的模拟图像，采集卡完成对模拟图像的数字化，然后输入都计算机中，然后计算机对数字图像进行分析处理得到目标点的三维信息。如图2，要实现这个过程需要包括如下几个功能模块：图像的获取、摄像机标定、特征的提取、立体匹配、三维信息的恢复。

具体实施例中、见图1、图2，包括以下步骤：

步骤1、定义行车运行的空间坐标系，如图1中序号8就是坐标系的零点，将大车2的运动方向定义为X方向，将小车的运动方向定义为Y方向，将与地面垂直的方向定义为Z方向，这样被吊货物7所在的位置就可以通过三维坐标来定义；

步骤2、在行车轨道1的两端分别放置一个光电传感器，通过光电传感器测量大车2运动的距离，从而可以确定大车2在X方向上的位置，放置一对光电传感器是进行冗余设置，因为这两个传感器测量的值相加应该是一个恒定的值，所以可以用来一对光电传感器检测是否传感器损或者其所测距离是否准确；

步骤3、利用计算机对在大车2上的两个摄像机4拍摄到的图片进行处理分析，得到吊具所在的Y，Z方向的位置；

步骤4、经过上述步骤就可以得到吊具的三维坐标，通过计算机将这个坐标与被吊货物坐标进行对比，使得吊具可以自动定位到被吊货物的上方，实现了对行车的自动定位；所述的计算机与人机界面相连接，操作人员可以通过人机界面观察行车的位置信息，同时还可以进行手自动的切换，在C型吊具难以准确吊到货物的时候，操作人员可切换到手动状态实现货物的吊运。

由此通过该自动定位装置，有效的提高了工作效率，不再需要操作人员每次手动的移动大车、小车和吊具，降低了操作工作的工作强度。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型创造的实施范围。凡依本实用新型创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.基于双目视觉的行车自动定位装置，其包括行车轨道、大车、小车、吊具和支架，行车轨道是固定在支架上的，所述行车轨道为一对平行设置的轨道梁，所述大车的长度方向两端分别架设在所述行车轨道的对应轨道梁上、并沿着行车轨道进行直线向的往复运动，所述小车安装于所述大车上部，所述小车沿着所述大车的长度方向上往复直线运动，所述吊具通过可升降结构安装在所述小车上，所述吊具的运动方向和地面垂直，其特征在于：其还包括至少一对光电传感器、双目摄像机、计算机，至少一根轨道梁的两端布置对应的一对光电传感器，所述双目摄像机分别布置于所述大车的长度方向的两端，所述光电传感器、双目摄像机的数据输入至对应的计算机。

2.如权利要求1所述的基于双目视觉的行车自动定位装置，其特征在于：一对光电传感器分别布置于一根轨道梁的两端。

3.如权利要求1所述的基于双目视觉的行车自动定位装置，其特征在于：所述的吊具为C型吊具。