集裝箱對箱引導系統的制作方法

本發明涉及一種集裝箱對箱引導系統。

背景技術：

現有裝箱或卸箱時用于引導吊具對準集裝箱的裝置，例如：

專利公開號cn103196434a公布了一種港口集裝箱定位裝置，通過在載具水平面上安裝兩臺激光測距傳感器，測量得到地面集裝箱位置的偏差信息，從而輔助集裝箱的定位和裝卸。

上述定位裝置由于采用的激光測距傳感器數量較少，并且采用單點掃描，因此存在精度低、隨機誤差高的缺點，在實際應用時很難實現無人自動對箱。

專利公開號cn104085794a公布了一種用于集裝箱分布輪廓和位置的智能化檢測系統及方法。該系統由中央控制系統、三維激光掃描模塊、目標輪廓處理模塊及armg運動控制器組成，具體是采用三維空間激光掃描，生成集裝箱定位位置誤差信號，輸出給armg運動控制器，從而實現集裝箱裝卸過程的精準對箱和著箱。三維激光掃描模塊輸出的信息經過濾后可以生成輪廓圖形，從而可以計算集裝箱的絕對位置。

上述系統利用三維激光掃描模塊生成集裝箱的三維輪廓圖形，計算量大、價格昂貴，不利于實際應用部署。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種定位精確且成本較低的集裝箱對箱引導系統。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種集裝箱對箱引導系統，用于引導吊具對準集裝箱，其中，吊具的四個角部具有鎖頭，集裝箱的四個角部具有與鎖頭配合的鎖孔，其特征在于，所述引導系統包括：

集裝箱圖像獲取模塊，包括位于所述吊具四個角部的攝像機，由攝像機分別拍攝集裝箱的四個角部的圖像；

中央處理器模塊，用于根據四個攝像機拍攝到的四個角部的圖像識別出集裝箱四個角部的目標鎖孔位置，計算目標鎖孔位置與當前吊具位置的差異；

對箱信息顯示模塊，用于顯示中央處理器模塊獲得的目標鎖孔位置以及目標鎖孔位置與當前吊具位置的差異，由操作人員根據顯示信息進行跟蹤修正。

優選地，所述中央處理器模塊根據獲得的角部的圖像獲得當前鎖孔位置的方法包括以下步驟：

將通過所述攝像機獲得的圖像轉換為灰度圖像，隨后進行閾值分割，選擇規整的矩形作為目標鎖孔位置。

優選地，在進行閾值分割時，為不同的時段拍攝的不同圖像找到合適的閾值，使得所有高度的圖像都有比較好的鎖孔識別率。

優選地，進行跟蹤修正時，由中央處理器模塊根據每個攝像機的安裝位置和相應鎖頭的距離方位，將吊具到達集裝箱頂平面時鎖頭和攝像機的實際距離和方位轉換為在每一幅圖像中的像素距離和方位，再根據識別出的目標鎖孔位置，求得攝像機所應該對準的目標鎖孔位置在每一幅圖像中的像素坐標，結合每一幅圖像的物理中心得到拍攝每一幅圖像時的誤差方向和修正量，根據誤差方向和修正量對每一幅圖像的物理中心進行修正得到修正中心，將修正中心對準目標鎖孔位置進行跟蹤修正。

優選地，所述集裝箱圖像獲取模塊還包括在每個攝像機的安裝平面上配置的3軸加速度傳感器，通過3軸加速度傳感器來獲得拍攝圖像時攝像機的傾角，根據鎖孔的物理大小和圖像中其所占的面積估計出吊具離集裝箱頂的高度，從而糾正攝像機拍攝的圖像因拍攝傾角產生的位置偏移。

集裝箱吊運作業人工操作難度較高，對操作人員技術及經驗要求較高，特別是當待抓箱處在船倉底部，或四周有高鄰箱等司機視場受限的情況下，箱間對位不僅效率低，還存在安全隱患。在自動化碼頭中，集裝箱抓箱引導技術是其中一項重要技術，高效率、高精度的對箱引導算法能夠有效提高碼頭作業效率。由于在效率、節能減排、安全性和用工成本方面的優勢，集裝箱吊運作業的自動或半自動化是未來的發展趨勢。因此結構簡單，穩定可靠的抓箱引導系統和智能程度更高的全自動對箱系統對于提高傳統港口和貨場的自動化水平，推廣自動化集裝箱碼頭具有重要的意義。

本發明的對箱引導系統工作時，集裝箱吊具先由操作人員控制或其它設備控制，移動到集裝附近的識別區域。然后對箱引導系統啟動，通過技術手段獲得吊具相對集裝箱的實時位置信息。信息通過有線或無線方式反饋給集裝箱吊具的控制系統，實現閉環自動控制，或將引導信息以圖形圖像及語音的方式來通知操作人員，實現輔助操作，提高效率。

附圖說明

圖1為本發明的系統示意圖；

圖2為對箱信息提示顯示模塊，圖中，1為鎖孔中心，2為集裝箱，3為鎖孔。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

現有技術方案主要是基于激光傳感器單點測距，或者采用三維激光掃描生成集裝箱的輪廓圖。

針對現有技術的不足，本發明的技術方案主要從兩個方面入手：第一，在吊具的四個角上分別安裝攝像機和相應的燈光設備，實時獲取集裝箱四個角（包含鎖孔）的圖像，由于每個相機安裝位置和相應鎖頭的距離方位是已知的，并且標準集裝箱鎖孔的大小也是固定的。根據這兩個已知量，可以將吊具到達集裝箱頂平面時鎖頭和相機的實際距離和方位轉換為在每一幅圖像中的像素距離和方位。又因為目標鎖孔已經被識別出來，因而相機所應該對準的目標位置點在每一幅圖像中的像素坐標都可以求得。結合圖像物理中心可以計算得到拍攝每一幅圖像時的誤差方向和修正量。第二，如果相機安裝的誤差或是吊索不平衡造成吊具水平誤差較大，致使拍攝到的圖像位置偏移大到無法忽略，則在相機安裝平面上配置3軸加速度傳感器來獲得拍攝圖像時相機的傾角。根據鎖孔物理大小和圖像中其所占的面積可以估計出吊具離集裝箱頂的高度，從而糾正近光軸圖像因拍攝傾角產生的位置偏移。

結合圖1，具體而言，本發明提供的集裝箱對箱引導系統由三部分構成：集裝箱圖像獲取模塊、對箱信息提示顯示模塊、中央處理模塊。

集裝箱圖像獲取模塊包括在吊具的四個角上分別安裝的攝像機和相應的燈光設備。由四臺攝像機實時獲取集裝箱四個角部（包含鎖孔）的圖像后傳送到中央處理模塊。如果攝像機安裝的誤差或是吊索不平衡造成吊具水平誤差較大，致使拍攝到的圖像位置偏移大到無法忽略，可以考慮在攝像機安裝平面上配置3軸加速度傳感器來獲得拍攝圖像時攝像機的傾角。根據鎖孔物理大小和圖像中其所占的面積可以估計出吊具離集裝箱頂的高度，從而糾正近光軸圖像因拍攝傾角產生的位置偏移。

中央處理模塊基于工業控制計算機，是系統的核心。任務是進行圖像處理和分析，檢測到集裝箱鎖孔位置，通過相關算法獲得目標鎖孔位置和當前吊具位置的差異，在顯示模塊上將引導信息以合適的形式顯示出來。當計算出吊具位置已對準了目標集裝箱后給出信號，提示司機可以下降吊具進行落箱。

中央處理模塊主要實現以下功能：

1）鎖孔檢測：因為集裝箱四個角圖像是四個攝像機分別拍攝的，所以四個圖像分別處理。原理主要是將原圖轉換為灰度圖像后閾值分割，然后選擇規整的矩形作為鎖孔位置。自動為不同的時段拍攝的不同集裝箱圖像找到合適的閾值，使得所有高度的圖像都有比較好的鎖孔識別率。如果選擇1k*1k分辨率的工業相機，假設在通常作業高度拍攝的物體范圍為10米見方，那么每像素的分辨率可以達到1cm。

2）目標位置檢測：因為攝像機無法安裝在抓斗鎖頭處，而必須偏離一定位置留出安裝空間，因此拍攝出的圖像中心并不是鎖頭將會落下的位置，所以將圖像中心直接對準識別出的鎖孔中心進行跟蹤修正是不合適的。本系統中，每個攝像機安裝位置和相應鎖頭的距離方位是已知的，并且標準集裝箱鎖孔的大小也是固定的。根據這兩個已知量，可以將吊具到達集裝箱頂平面時鎖頭和相機的實際距離和方位轉換為在每一幅圖像中的像素距離和方位。又因為目標鎖孔已經被識別出來，因而攝像機所應該對準的目標位置點在每一幅圖像中的像素坐標都是可以求得的。結合圖像物理中心就不難得到拍攝每一幅圖像時的誤差方向和修正量，依據誤差方向和修正量進行跟蹤修正。

3）攝像機的姿態檢測，前文已詳細描述，此處不再贅述。

對箱信息提示顯示模塊位于吊具操作員駕駛室，可以顯示獲取的集裝箱四個角（包含鎖孔）的圖像。檢測到的目標鎖孔位置被標注在圖像上，并持續給出引導吊具接近目標的修正信息，以輔助人工操作。引導信息也可以以恰當的形式提供給自動控制系統來實現自動對箱。