港口运动集装箱定位系统的参数标定方法

摘要

本发明公开一种港口运动集装箱定位系统的参数标定方法，应用在集装箱码头对运动中的集装箱卡车进行检测与定位；利用了集装箱的宽度和长度为已知标准尺寸的这一信息，用单目视觉系统实现了对对象的3维信息的感知，能够方便、快速、准确地标定出所有未知参数；它分为预先标定步骤和实时标定步骤，其中预先标定步骤设定在定位系统安装完成后实时测量前只需要执行一次，实时标定过程是在实际测量时每次测量前执行一次；下一次测量从实时标定开始；具有实施方便，不对集装箱和集装箱的运动附加任何额外要求，可以灵活、准确地计算任意高度的运动集装箱距离正确停车位的距离，可以应用在其它类似的视觉检测任务中等优点。

主权项

1.一种港口运动集装箱定位系统的参数标定方法，其特征在于，分为预先标定步骤和实时标定步骤，其中预先标定步骤设定在定位系统安装完成后，实时测量前只需要执行一次，实时标定过程是在实际测量时每次测量前执行一次；下一次测量从实时标定开始；所述预先标定步骤包括如下步骤：(1)、制作一个平面靶标；该靶标平面上印刷有方便图像处理软件提取特征点的图案；(2)、在定位系统安装固定之后，拍摄一组靶标的图像，该组靶标的图像中至少具有一幅靶标平铺在地面的图像；并同时标定出地面与摄像机成像平面之间的映射关系H矩阵，记及摄像机内部参数组成的A矩阵，记及[r₁₃ r₂₃ r₃₃]^T，[r₁₃ r₂₃ r₃₃]^T为地面坐标系到摄像机像平面坐标系之间的旋转变换关系矩阵R中的第三列元素，即其中，f表示镜头的焦距，dX，dY分别表示成像平面坐标系中每个像素在U轴、V轴方向的尺度因子，(u₀，v₀)表示摄像机透视成像的光轴与成像平面的交点在像平面坐标系Oi-UV坐标系中的坐标；(3)、对步骤(2)中拍摄的靶标图像进行处理，得到每幅图像中靶标平面上的特征点的图像坐标；(4)、拍摄进入正确位置的集装箱上表面的图像一幅，并获取该集装箱上 表面距离地面的准确高度z_w0，实时的标定z_w0的值，建立一个任意的集装箱上表面坐标系O_w0-X_w0Y_w0，已知点的空间坐标是在O_w0-X_w0Y_w0坐标系内的坐标，O_w0-Y_w0Y_w0坐标平面平行于地面，与O_w-X_wY_w坐标系在同一平面内，O_w0-X_w0Y_w0与地面坐标系O-XY之间的相对旋转参数和平移参数，定义如下：其中为旋转矩阵，r₁＝cosθ，r₂＝sinθ，θ为O_w0-X_w0Y_w0相对地面坐标系OXY的旋转角度，[t_x0，t_y0]^T为O_w0-X_w0Y_w0相对地面坐标系O XY的原点平移向量；s₁为需要实时标定的参数；(5)、对步骤(4)中拍摄的集装箱上表面的图像进行处理，提取集装箱的尾部宽度方向边缘信息，即得到该边缘上所有像素点的图像坐标(u_i，v_i)，i＝1，...，n；从而得到该边缘两个端点的图像坐标，即两个角点的图像坐标(u₁，v₁)，(u_n，v_n)；(6)、利用步骤(5)中两个角点的数据u₁，v₁)，(u_n，v_n)和步骤(4)中集装箱上表面距离地面的准确高度z_w0，同时又利用集装箱宽度的已知信息确定这两个角点在任意的集装箱上表面坐标系中的坐标(X_w01，Y_w01)，(X_w0n，Y_w0n)，并标定出r₁，r₂，t_x0，t_y0，s₁；然后通过r₁，r₂，t_x0，t_y0，s₁计算出(X_w01，Y_w01)，(X_w0n，Y_w0n)对应的坐标(X_w1，Y_w1)，(X_wn，Y_wn)，也就是集装箱在地面坐标系中对应的坐标(X₁，Y₁)，(X_n，Y_n)，其中集装箱上表面的坐标(X_w1，Y_w1)，(X_wn，Y_wn)垂直于地面投影到地面坐标系中的坐标(X₁，Y₁)，(X_n，Y_n)满足X₁＝X_w1，Y₁＝Y_w1，X_n＝X_wn，Y_n＝Y_wn；(7)、利用步骤(6)中得到的(X₁，Y₁)，(X_n，Y_n)代入公式得到A₁，B₁，C₁的解，利用已知的集装箱的长度信息D₀，代入公式和公式和公式得到A，B，C的解；其中A，B和C是代表集装箱位置线的位置和方向的3个参数；所述实时标定步骤包括如下步骤：(a)、摄像机连续拍摄需测量的集装箱上表面的图像，取其中有完整的集装箱上表面的一幅图像，对该图像处理，得到其上四个角点的图像坐标(u_i，v_i)，i＝1，2，3，4，并确定其在任意的集装箱上表面坐标系中的空间坐标(X_w0i，Y_w0i)，i＝1，2，3，4；(b)、利用步骤(2)中的数据，解得6个参数r₁，r₂，t_x0，t_y0，z_w0，s₁；其中z_w0便是该集装箱上表面距离地面的实际高度值。