铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集及识别方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集及识别方法，分别采集集装箱顶面和侧面的图像，对存在不同箱体颜色的集装箱图像进行通用的预处理；在图像二值化的基础上对箱号印刷颜色进行判断；通过连通域分析定位箱号的印刷区域；根据箱号区域最小外接矩的长宽比阈值判断箱号的排列方式，分别进行不同方向投影顺序的字符分割；搭建3个神经网络模型分类器分别对集装箱箱号中三部分字符进行识别，并对集装箱顶面和侧面的箱号识别结果进行互相校验。本发明专利技术克服了由于磨损导致字符局部剥落对识别结果的影响，实现了对不同颜色和排列方式集装箱箱号的识别，结合不同面集装箱箱号的互检以及集装箱校验码的自检，完成集装箱箱号的快速准确识别。

【技术实现步骤摘要】
铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集及识别方法
本专利技术涉及图像智能识别
，具体为一种铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集及识别方法。
技术介绍
集装箱作为一种装载体，如图1所示，被广泛应用于全球物流运输业中。集装箱不仅存在多种规格尺寸，而且箱体表面喷涂的颜色也不唯一。为实现对集装箱的全球统一化管理，规定每一个投入运营的集装箱必须印刷独有的箱号，如图1中白色框内所示。集装箱箱号由11位字符组成，可分为3个部分：①4位大写的英文字母；②6位阿拉伯数字；③1位数字，即校验码。铁路集装箱货场对每一个集装箱的管理都有严格的规定，包括卸车堆放区域和装车摆放顺序。例如：在装车时，同一节车厢的集装箱摆放位置为重箱在前，轻箱在后，这是因为火车在紧急制动时，由于惯性的作用，如果同一节车厢的集装箱装车顺序为前轻后重，那么将会出现严重的后箱撞击前箱事故。集装箱箱号作为集装箱的唯一标识，可通过集装箱箱号的识别从集装箱管理系统中间接获取集装箱的重量信息，指导完成集装箱卸车区域的正确堆放和装车顺序的正确摆放。目前，对于铁路集装箱箱号的识别主要采用人工记录的方式，由货场旁的记录人员辅助起重机内的操作人员完成装卸工作，存在主观性大、效率低下等问题。因此，为提高铁路集装箱货场的工作效率和自动化程度，迫切需要开发高效准确的箱号自动识别方法。目前已有的集装箱箱号自动识别方法大都基于机器视觉技术，主要应用于进出货场时的道路“门式”闸口处，安装在闸口处的图像采集装置自动采集集装箱的箱号。由于门式集装箱的采集场景简单，图像质量比较稳定，因此易于机器视觉识别。文献[1](王胜,陈宁.一种改进的集装箱箱号自动识别系统[J].电视技术,2015,39(19).)研制了一种改进的集装箱箱号自动识别系统，采用逆向扫描的方式提取箱号区域，根据区域重心定位并分割字符，利用概率神经网络完成箱号字符的识别。由于该方法没有对字符的颜色进行判断，因此不能同时识别白色字体和黑色字体的箱号。文献[2](黄鼎隆；马修·罗伯特·斯科特；董登科；黄伟林.集装箱箱号识别方法、装置及电子设备[p].中国专利:CN107832767A,2018-03-23.)提出了一种集装箱箱号识别方法、装置及电子设备，通过基于卷积神经网络的深度学习模型分别提取每个字符图像中对应的字符特征，完成箱号的识别。该方法仅利用了集装箱一个面的箱号信息，缺乏校验步骤。文献[3](李诚,李建华.一种自动化集装箱起吊箱号拍照识别装置[P].中国专利:CN207129853U,2018-03-23.)提出了一种自动化集装箱起吊箱号拍照识别装置，该装置可随锁座移动，通过机械手控制摄像头的位置，完成对集装箱某一面箱号的采集，如图2所示。综上所述，目前基于机器视觉的铁路集装箱装卸过程中的箱号识别存在以下三个问题：1)现有箱号采集数据单一。现有方法是在起重机锁座上安装一个拍照装置对集装箱的一个面进行拍照，由于集装箱存在磨损导致字符剥落，因此对采集一个面的图像难以保证集装箱箱号的完整性。2)对白色字体和黑色字体的箱号识别通用性差。目前的检测方法仅以白色字体的箱号为研究对象，对于箱号图像的预处理、定位和分割不具有通用性。首先，白色字体和黑色字体的箱号在二值化后分别表示背景和目标，固定的阈值难以区分不同字体颜色的箱号。3)箱号的识别结果缺乏校验。现有的方法主要是针对特定面的单张集装箱图片进行箱号的提取，对于箱号中的大写字母和数字识别并未加以区分，箱号的识别结果仅依赖于一张图片的信息，没有采用不同面的箱号识别结果进行交叉验证。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够在集装箱装卸过程中对集装箱两个不同面的箱号进行采集，对两种字体颜色的箱号进行通用性识别，结合两个面的识别结果进行校验的铁路集装箱装卸过程中的箱号采集及识别方法。通过集装箱装车和卸车两个过程中的箱号识别，实现集装箱信息的全流程跟踪。技术方案如下：一种铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集方法，具体包括：A：布置拍摄装置在起重机的锁具上安装集装箱顶面拍摄装置，集装箱顶面拍摄装置包括激光测距仪和俯拍摄像头；在起重机的支腿上安装集装箱侧面拍摄装置，集装箱侧面拍摄装置包括水平拍摄摄像头；B：集装箱装车过程中的图像采集步骤b1：起重机控制锁具移动至待装车集装箱的正上方，从上往下向待装车集装箱移动，采用激光测距仪监测锁具与集装箱顶面的高度距离，通过高度距离阈值跟踪，自动触发俯拍摄像头对集装箱顶面进行拍摄，获得集装箱顶面图像，不需要增加起重机额外的动作；步骤b2：起重机控制锁具锁住集装箱，将其移动至铁路货车的正上方，从上往下向货车移动，通过与起重机控制系统的信息交互，获取锁具的空间坐标信息，当其值达到系统设定的阈值时，自动触发水平拍摄摄像头对集装箱侧面进行拍摄，获得集装箱侧面图像，不需要增加起重机额外的动作；C：集装箱卸车过程中的图像采集步骤c1：起重机控制锁具移动至待卸车集装箱的正上方，从上往下向待卸车集装箱移动，采用激光测距仪监测锁具与集装箱顶面的高度距离，通过高度距离阈值跟踪，自动触发俯拍摄像头对集装箱顶面进行拍摄，获得集装箱顶面图像，不需要增加起重机额外的动作；步骤c2：起重机控制锁具锁住集装箱，向正上方移动，通过与起重机控制系统的信息交互，获取锁具的空间坐标信息，当其值达到系统设定的阈值时，自动触发水平拍摄摄像头对集装箱侧面进行拍摄，获得集装箱侧面图像，不需要增加起重机额外的动作。一种铁路集装箱装卸过程中的箱号识别方法，包括以下步骤：步骤1：对获取的集装箱图像进行预处理，得到预处理后的灰度图像；步骤2：采用最大类间方差法对图像进行二值化处理，根据二值化图像的像素值统计信息判断箱号印刷字符的颜色，并统一表征印刷信息；步骤3：对二值化后的集装箱图像进行连通域分析，结合箱号印刷字符固有的高宽比和面积大小范围的特点，从所有连通域中提取出属于集装箱箱号和集装箱ISO代码的区域构成连通域集合；步骤4：提取连通域集合的最小外接矩形，通过判断所提取的外接矩形长宽比与长宽比阈值的大小，确定箱号的为纵向或横向排列方式；步骤5：根据箱号的排列方式对箱号进行字符分割；步骤6：对所有分割的字符进行归一化处理，对集装箱箱号三个组成部分的字符分别建立BP神经网络模型，分别对三个组成部分进行识别，得到完整的集装箱箱号。进一步的，所述步骤6之后还包括：步骤7：将集装箱顶面和侧面字符识别结果相互校验：对比集装箱顶面和侧面每一位箱号字符的识别结果，若识别结果一致则不需要更正；若识别结果不一致，则取两个识别结果中准确率高的那一个作为最终的箱号字符；识别结果由箱号校验码根据集装箱固有的校验规则，对箱号识别结果进行校验。更进一步的，所述步骤1具体包括：步骤11：对获取的彩色图像进行灰度化；步骤12：采用中值滤波法对集装箱灰度图像进行平滑处理；步骤13：对去噪后的集装箱图像使用直方图均衡化处理，增强集装箱图像的边缘；步骤14：倾斜图像的旋转矫正：使用Sobel算子提取集装箱图像的水平边缘，再利用Hough变换检测集装箱上边缘的直线并计算图像的倾斜角度；最后通过仿射变换完成倾斜集装箱图像的旋转矫正；步骤15：图像裁剪：利用Sobel算子分别完成集装箱水平边缘和竖直边缘的检测，利用Hough直线检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集方法，其特征在于，具体包括：A：布置拍摄装置在起重机(3)的锁具上安装集装箱顶面拍摄装置(1)，集装箱顶面拍摄装置(1)包括激光测距仪和俯拍摄像头；在起重机的支腿上安装集装箱侧面拍摄装置(2)，集装箱侧面拍摄装置(2)包括水平拍摄摄像头；B：集装箱装车过程中的图像采集步骤b1：起重机(3)控制锁具移动至待装车集装箱的正上方，从上往下向待装车集装箱移动，采用激光测距仪监测锁具与集装箱顶面的高度距离，通过高度距离阈值跟踪，自动触发俯拍摄像头对集装箱顶面进行拍摄，获得集装箱顶面图像；步骤b2：起重机(3)控制锁具锁住集装箱，将其移动至铁路货车的正上方，从上往下向货车移动，通过与起重机(3)控制系统的信息交互，获取锁具的空间坐标信息，当其值达到系统设定的阈值时，自动触发水平拍摄摄像头对集装箱侧面进行拍摄，获得集装箱侧面图像；C：集装箱卸车过程中的图像采集步骤c1：起重机(3)控制锁具移动至待卸车集装箱的正上方，从上往下向待卸车集装箱移动，采用激光测距仪监测锁具与集装箱顶面的高度距离，通过高度距离阈值跟踪，自动触发俯拍摄像头对集装箱顶面进行拍摄，获得集装箱顶面图像；步骤c2：起重机(3)控制锁具锁住集装箱，向正上方移动，通过与起重机(3)控制系统的信息交互，获取吊具的空间坐标信息，当其值达到系统设定的阈值时，触发水平拍摄摄像头对集装箱侧面进行拍摄，获得集装箱侧面图像。...

【技术特征摘要】
1.一种铁路集装箱装卸过程中的箱号自动采集方法，其特征在于，具体包括：A：布置拍摄装置在起重机(3)的锁具上安装集装箱顶面拍摄装置(1)，集装箱顶面拍摄装置(1)包括激光测距仪和俯拍摄像头；在起重机的支腿上安装集装箱侧面拍摄装置(2)，集装箱侧面拍摄装置(2)包括水平拍摄摄像头；B：集装箱装车过程中的图像采集步骤b1：起重机(3)控制锁具移动至待装车集装箱的正上方，从上往下向待装车集装箱移动，采用激光测距仪监测锁具与集装箱顶面的高度距离，通过高度距离阈值跟踪，自动触发俯拍摄像头对集装箱顶面进行拍摄，获得集装箱顶面图像；步骤b2：起重机(3)控制锁具锁住集装箱，将其移动至铁路货车的正上方，从上往下向货车移动，通过与起重机(3)控制系统的信息交互，获取锁具的空间坐标信息，当其值达到系统设定的阈值时，自动触发水平拍摄摄像头对集装箱侧面进行拍摄，获得集装箱侧面图像；C：集装箱卸车过程中的图像采集步骤c1：起重机(3)控制锁具移动至待卸车集装箱的正上方，从上往下向待卸车集装箱移动，采用激光测距仪监测锁具与集装箱顶面的高度距离，通过高度距离阈值跟踪，自动触发俯拍摄像头对集装箱顶面进行拍摄，获得集装箱顶面图像；步骤c2：起重机(3)控制锁具锁住集装箱，向正上方移动，通过与起重机(3)控制系统的信息交互，获取吊具的空间坐标信息，当其值达到系统设定的阈值时，触发水平拍摄摄像头对集装箱侧面进行拍摄，获得集装箱侧面图像。2.一种铁路集装箱装卸过程中的箱号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对获取的集装箱图像进行预处理，得到预处理后的灰度图像；步骤2：采用最大类间方差法对图像进行二值化处理，根据二值化图像的像素值统计信息判断箱号印刷字符的颜色，并统一表征印刷信息；步骤3：对二值化后的集装箱图像进行连通域分析，结合箱号印刷字符固有的高宽比和面积大小范围的特点，从所有连通域中提取出属于集装箱箱号和集装箱ISO代码的区域构成连通域集合；步骤4：提取连通域集合的最小外接矩形，通过判断所提取的外接矩形长宽比与长宽比阈值的大小，确定箱号的为纵向或横向排列方式；步骤5：根据箱号的排列方式对箱号进行字符分割；步骤6：对所有分割的字符进行归一化处理，对集装箱箱号三个组成部分的字符分别建立BP神经网络模型，分别对三个组成部分进行识别，得到完整的集装箱箱号。3.根据权利要求2所述的铁路集装箱装卸过程中的箱号识别方法，其特征在于，所述步骤6之后还包括：步骤7：将集装箱顶面和侧面字符识别结果相互校验：对比集装箱顶面和侧面每一位箱号字符的识别结果，若识别结果一致则不需要更正；若识别结果不一致，则取两个识别结果中准确率高的那一个作为最终的箱号字符；识别结果由箱号校验码根据集装箱固有的校验规则，对箱号识别结果进行校验。4.根据权利要求2所述的铁路集装箱装卸过程中的箱号识别方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳，罗建桥，曹泽卫，李柏林，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51