岸边桥式起重机电子防摇中的计算机视觉测量系统广东省电子技术学校但堂咏中山大学工学院熊会元摘要：运用计算机视觉测量的技术，对岸边桥式起重机钢丝绳实时偏摆角以及角速度的测量进行了研究，建立了偏摆角及偏摆角速度检测的模型，设计了测量实验的方案，取得了较好的效果，为岸边桥式起重机电子防摇系统的提供准确的前处理数据。关键词：计算机视觉；电子防摇；偏摆角及角速度检测Abstract：Thispaperstudiesreal—timerope’Sswingingangleandswingingvelocitymeasuringmethodbasedoncomputervisionmeasuringtechnology，buildsswingingangleandswingingvelocitymeasuringmodel，anddesignsthemeasuringtestscheme．Thismethodfeaturesgoodefectiveandsuppliesquaysideoverheadtravelingcraneswithexactpre—processingdata．Keywords：computervision；electronicanti—swinging；swingingangleandswingingvelocitymeasurement目前，影响集装箱岸桥装卸效率的主要因素是小车运行及停车后，吊具和货载不能立即停止，会在一定范围内摆动。为了提高岸桥生产效率，需要克服吊具随小车运行时引起的摆动。电子防摇主要是实时采集吊具前后摆动的角度和角速度，从而控制小车的运行方向与加速度，将摆角限制到最小，达到防摇的目的。角度和角速度的实时精确采集是一件比较困难的事情，主要方法l1,2j有：一种是在小车架下安装一个激光发射装置和一个接收装置，在吊具上安装一个反射器，当吊具前后摆动时，接收装置检测到吊具前后摆动的角度。另一种是采用高速CCD摄像机，采集钢丝绳的实时偏摆图像，计算出偏摆角和角速度。本文主要探讨计算机视觉测量技术在岸桥偏摆角及角速度测量中的应用。1计算机视觉测量的基本原理1．1成像模型与视觉坐标系(1)如图1所示，坐标系0一l，wz称为三维空间坐标系，又称三维世界坐标系；(2)坐标系c一，Z称为摄像机坐标系，其原点c位于镜头的物方主点上，z轴与镜头光轴重合，方向由镜头指向物方；(3)坐标系0s—sl，S称为成像平面二维坐标系，在理想的光学系统中，成像平面的原点位于光轴上，但实际中存在一定的偏移量；(4)坐标系D厂称为计算机二维数字图像一8一平面坐标系，该平面是对镜头成像平面数字量化的结果，其原点0f一般位于左上角，光轴与坐标平面的交点由(0，0)表示(即像面中心的位置)。xwzI火被测物点P从世界坐标系(，Y，)到摄像机坐标系(，Y，)的关系式为珏’『]其中，=2r3l：芝芝J为正交矩，『-]lJ为平移矩阵。与成像平面二维坐标系中点(，Y。)对应关系为维普资讯http://www.cqvip.com。=(M一o)／N，Y。=(一0)／N其中，(。，Y。)为物点P在像面上的投影坐标，单位为mln。又根据小孔成像模型，空间点的摄像机坐标与其像面坐标的关系为=f(x／2)，Y。=f(y／2)1．2摄像机的标定对景物进行定量分析，涉及一个基本问题，即景物是如何形成到图像的像素点。这不仅需要了解成像的模型，而且还需要知道模型中各种参数的精确值。确定这些参数值的过程叫摄像机的标定。(1)像面中心坐标图像中心点(uo，o)是摄像机光轴穿过图像平面的交点。在二维形状分析中，可选取图像帧存中心作为图像中心，一般不会引起较大误差。实验表明，当u0、0均偏离中心±11个像素时，定标误差也仅为0．05Hm_4j。考虑到实际精度，可以选用图像帧存中心作为图像中心。(2)纵、横方向上的成像比例系数ⅣⅣ对CCD面阵摄像机而言，Y方向的比例系数由硬件厂家给出，即Ⅳv的值已知，但方向不定。在此介绍一种摄同心圆环法求解Ⅳ。采用黑白相间的同心圆环作为模板来进行测定5。模板上有一系列标准圆，经过摄像后，在帧存中所表现的并不是圆，而是椭圆形。然后将采集到的图像经过二值化处理，检测出椭圆的边缘，用最小二乘法可拟合出椭圆的方程。该椭圆的长、短轴之比，就等于Ⅳ／Ⅳ。这样，Ⅳ的值就可求出。2计算机视觉测量系统的组成岸桥电子防摇计算机视觉测量系统的组成包括2部分。一部分是岸桥摆角采集系统，包括黑白CCD摄像机、灯光系统；另一部分为图像处理系统，包括图像采集卡、工控机以及一套图像处理软件组成。其摆角图像采集系统的组成见图2。图像采集系统中的摄像机可采用CCD面阵摄...
