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专利名称：基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法
技术领域：
本发明涉及摄像测量、机械自动化领域，特别是一种利用结构光视觉传感器实现集装箱吊装过程中吊具与集装箱相对位置姿态的测量方法。
背景技术：
在集装箱的移动运输过程中，需要利用吊具进行集装箱的吊装作业。目前吊装作业均由人工操作，对操作人员技术及经验要求较高，特别是吊具的对销过程需将转锁连接集装箱的角件，作业难度较高，作业效率较低。为了提高集装箱移动、运输的作业效率，降低工作人员的劳动强度，促进吊装作业的自动化水平，需要自动测量集装箱相对吊具的位置姿态关系，进而实现吊具的自动控制。本发明提出了一种基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法，用于吊装 作业中集装箱相对吊具的位置、姿态关系的测量，为吊装自动控制提供测量信息。本发明的原理和方法也可应用于其他物体的位置姿态测量场合。

发明内容
本发明是在集装箱吊装设备(正面吊、堆高机或门式起重机等)的吊具上安装能够敏感集装箱边缘和/或角孔信息的结构光视觉传感器，该传感器包含一个或多个结构光投射器(点阵、线阵、网格结构光或其组合等)、一个或多个摄像机和数据处理器，吊装过程中，结构光视觉传感器向集装箱表面投射结构光，同时拍摄图像，通过处理图像获取集装箱边缘、角孔和/或顶点结构特征，测量结构特征的坐标，进而计算集装箱相对吊具的位置、姿态关系。I本发明的基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法的实施过程为(I)构建能够敏感集装箱边缘和/或角孔信息的结构光视觉传感器，包含一个或多个结构光投射器(点阵、线阵、网格结构光或其组合等)、一个或多个摄像机、数据处理器等。将结构光视觉传感器安装在吊具上，使吊装过程中可对集装箱表面投射结构光并成像；(2)标定结构光视觉传感器与吊具的相对位置姿态关系，如附图
2所示；(3)吊装过程中结构光视觉传感器向集装箱表面投射结构光并拍摄图像；(4)处理图像，利用结构光的点、线、面等信息获取集装箱几何结构特征(如集装箱的边缘、顶点、角孔等);(5)根据集装箱结构特征的图像坐标，计算其在结构光视觉传感器坐标系的坐标方程表示，并转换到吊具坐标系；(6)根据集装箱结构特征的测量结果计算集装箱相对吊具的位置、姿态关系，用于吊装控制。2本发明的基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法(I)集装箱结构特征坐标方程计算方法
处理图像，提取集装箱的结构特征的图像坐标方程，根据摄像测量原理建立结构特征在结构光视觉传感器坐标系内的表示。设去除像差后集装箱某特征点图像坐标为(Xi^i),则其坐标(XpYiJi)满足共线方程

权利要求
1.基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法，其特征是 在集装箱吊装设备的吊具上安装能够敏感集装箱边缘和/或角孔信息的结构光视觉传感器，该传感器包含一个或多个结构光投射器、一个或多个摄像机和数据处理器，吊装过程中，结构光视觉传感器向集装箱表面投射结构光，同时拍摄图像，通过处理图像获取集装箱边缘、角孔和/或顶点结构特征，测量结构特征的坐标，进而计算集装箱相对吊具的位置、姿态关系； 包括如下过程 步骤I、构建能够敏感集装箱边缘和/或角孔信息的结构光视觉传感器，包含一个或多个结构光投射器、一个或多个摄像机和数据处理器，将结构光视觉传感器安装在吊具上，使吊装过程中可对集装箱表面投射结构光并成像； 步骤2、标定结构光视觉传感器与吊具的相对位置姿态关系； 步骤3、吊装过程中结构光视觉传感器向集装箱表面投射结构光并拍摄图像； 步骤4、处理图像，利用结构光的点、线、面等信息获取集装箱几何结构特征； 步骤5、根据集装箱结构特征的图像坐标，计算其在结构光视觉传感器坐标系的坐标方程表示，并转换到吊具坐标系； 步骤6、根据集装箱结构特征的测量结果计算集装箱相对吊具的位置、姿态关系，用于吊装控制； 该基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法包括集装箱结构特征坐标方程计算和集装箱位置姿态计算。
2.根据权利要求I所述的基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法，其特征在于，集装箱结构特征坐标方程计算，具体过程为 提取集装箱的结构特征的图像坐标方程，根据摄像测量原理建立结构特征在结构光视觉传感器坐标系内的表示，设去除像差后集装箱某特征点图像坐标为(Ui)，则其坐标满足共线方程
3.根据权利要求I所述的基于结构光视觉传感器的集装箱位置姿态测量方法，其特征在于，集装箱位置姿态计算具体为 设集装箱上某特征点在吊具坐标系的坐标为 / ;),且其在集装箱坐标系If H7fZlf的坐标为(私% Zf),假设吊具坐标系与集装箱坐标系的相对位移、姿态关系分别为I71R，则有
全文摘要
本发明涉及一种利用结构光视觉传感器实现集装箱吊装过程中吊具与集装箱相对位置姿态的测量方法。本发明采用的技术方案是在吊具上安装能够敏感集装箱边缘和/或角孔信息的结构光视觉传感器，吊装过程中向集装箱表面投射结构光并拍摄图像，通过处理图像获取集装箱边缘、角孔和/或顶点等结构特征，利用特征坐标解算集装箱相对吊具的位置、姿态关系，用于集装箱吊装的自动控制。本方法可实现集装箱自动吊装，也可用于其他物体的相对位置姿态关系的高精度测量。
文档编号G01C11/02GK102829769SQ20121031931
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者于起峰, 张红良, 曹动, 张跃强, 尚洋, 刘晓春 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学