一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法技术

本发明专利技术公开了一种一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法通过在地面设置一定高度的校准点，利用单目相机计算校准点在像素坐标系的位置来获取因单目相机未垂直于地面地面在水平XY方向造成的像素偏差，再通过计算不同物距下的像素与物理距离的比例从而进行不同物距下的准心自动校准，能够解决相机不能完全垂直地面安装造成的准心偏移的问题，并具有安全、可靠、自动化程度高等优点，具有重大的实用价值。大的实用价值。大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法


[0001]本专利技术涉及起重机转运视觉识别，具体是涉及一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法。

技术介绍

[0002]随着核电占据国内用电比例的上升，许多核电相关单位(如核燃料棒生产单位、核废水存储单位)都需要起重机的转运。由于放射源中的高能射线会对自然环境和人体造成不同程度的伤害，因此由操作员实地操作桥式起重机对放射源(如核燃料棒，核废水)进行转运的方式开始逐渐减少，而工业相机能够实现操作员与被操作对象无实际接触和高度自动化的目的，因此通过工业相机实时显示放射源转运情况，操作员进行远程操作的情况逐渐增加。对于放射源库内的放射源转运，工程上必须保证桥式起重机的精度为毫米级(不超过5mm)，而工业相机作为转运系统的眼睛，保证工业相机的准心正确具有非常重要的意义。
[0003]机器视觉因无接触、高精度等优点在工业领域蓬勃发展，但在实际工程项目中，工业相机的安装位置往往制约其性能的发挥，若工业相机水平于地面安装，则角度易于控制，相机视野易于调控但无法实时跟随起重设备移动；若工业相机垂直与地面安装，则角度不易于控制，相机视野不易于调控但可以实时跟随起重设备移动。在放射源转运过程中，必须实时显示起重设备的位置以及状态，因此只能采用固定在起重设备上的安装方法。但固定在起重设备上安装会造成工业相机随起重设备的移动而无法完全垂直于地面，从而会导致通过工业相机计算起重对象的位置与实际位置不符。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种位置确定准确的基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法。
[0005]技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006](1)单目相机与竖直方向倾斜设置；
[0007](2)在单目相机视野范围内设置校准点C
sign
；
[0008](3)获取校准点C
sign
以及单目相机在工作空间的坐标；
[0009](4)获取校准点C
sign
在单目相机成像图片上的实际坐标；
[0010](5)根据单目相机成像原理，计算校准点C
sign
在单目相机成像图片上的理论坐标；
[0011](6)根据获取的实际坐标与理论坐标得到像素偏差；
[0012](7)起重机转运物品时，实时获取单目相机倾斜角度，并获取单目相机成像图片上的起重对象位置坐标；
[0013](8)根据单目相机成像图片上起重对象位置坐标，通过像素偏差校准得到起重对象的位置坐标。
[0014]进一步的，像素偏差计算起重对象的位置坐标(C
x
(d)，C
y
(d))计算公式为：
[0015][0016]其中，d为起重对象所在平面与单目相机镜片之间的距离，f为单目相机焦距，Ps
x
为单目相机获取图像在X轴方向的尺寸，Ps
y
为单目相机获取图像在Y轴方向的尺寸，ΔT
x
为单目相机获取的图像中起重对象与相机准心之间在X轴方向的距离，ΔT
y
为单目相机获取的图像中起重对象与相机准心之间在Y轴方向的的距离，CCD
x
为单目相机CCD芯片在X轴方向的尺寸，CCD
y
单目相机CCD芯片在Y轴方向的尺寸，θ为单目相机在Z轴方向的偏转角度，θ
x
为单目相机在X轴方向的偏转角度，θ
y
为单目相机在Y轴方向的偏转角度。
[0017]有益效果：本专利技术相对于现有技术，其显著优点是利用单目相机计算校准点在像素坐标系的位置来获取因单目相机未垂直于地面地面在水平XY方向造成的像素偏差，再通过计算不同物距下的像素与物理距离的比例从而进行不同物距下的准心自动校准，能够解决相机不能完全垂直地面安装造成的准心偏移的问题，并具有安全、可靠、自动化程度高等优点，具有重大的实用价值。
附图说明
[0018]图1为理想情况下单目相机垂直于地面安装的视野图。
[0019]图2为单目相机非垂直于地面安装的视野图。
[0020]图3为单目相机与起重设备的一个相对空间安装示意图。
[0021]图4为起重设备与校准点在单目相机视场范围内的成像图。
[0022]图5为单目相机成像原理图。
[0023]图6为单目相机非垂直于地面安装时，起重设备与校准点在单目相机视场范围内的成像图。
[0024]图7为单目相机倾斜准心偏差与标价点偏差示意图。
具体实施方式
[0025]本实施例中一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法，包括以下步骤：
[0026](1)在地面寻找一个位置固定高度固定顶端平整的物体T
C
，在物体顶端设置一个校准点C
sign
；
[0027](2)在起重设备侧边固定单目相机Cam，确保镜头与地面基本平行，安装示意图如图1
‑
3所示；在起重设备起升降落时，保证起重设备与校准设备、校准点在观察视野内。
[0028](3)操纵起重设备运动至校准点C
sign
的正上方，记录此时校准点C
sign
的物理系坐标(x
S
,y
S
)，单目相机Cam的物理系坐标(x
cam
,y
cam
)。如图4所示，当单目相机完全垂直与地面时，校准点为单目相机成像面的白圆，即为校准点C
sign
在相机成像面的位置。
[0029](4)计算校准点C
sign
与相机Cam之间的平面坐标系距离Δd
x
＝|x
cam
‑
x
S
|，Δd
y
＝|y
cam
‑
y
S
|，平面坐标系距离的计算一方面是为了判断相机是否垂直于地面安装，另一方面是为了计算不同物距下目标物体与相机Cam之间的物理距离ΔC
x
，ΔC
y
，如图4所示。
[0030](5)在进行判断相机是否垂直地面安装前，需要先对工业相机成像原理有所了解。如图5所示，此为工业相机在Y轴方向的成像示意图，f是单目相机的焦距，d是单目相机距离物体的物距，CCD
y
为工业相机CCD芯片在Y轴方向的尺寸(单位为mm)，按照公式可以计算出距离相机芯片距离为d的目标平面在Y轴方向的物理尺寸。
[0031]使用上述参数可以计算不同物距下目标平面的在空间坐标系下的尺寸，比如工业相机芯片为2/3英寸(CCD
x
为8.8mm,CCD
y
为6.6mm)，焦距f为10mm，则距离相机100mm的目标平面尺寸则可根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单目相机像素偏差的起重对象位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)单目相机与竖直方向倾斜设置；(2)在单目相机视野范围内设置校准点C
sign
；(3)获取校准点C
sign
以及单目相机在工作空间的坐标；(4)获取校准点C
sign
在单目相机成像图片上的实际坐标；(5)根据单目相机成像原理，计算校准点C
sign
在单目相机成像图片上的理论坐标；(6)根据获取的实际坐标与理论坐标得到像素偏差；(7)起重机转运物品时，实时获取单目相机倾斜角度，并获取单目相机成像图片上的起重对象位置坐标；(8)根据单目相机成像图片上起重对象位置坐标，通过像素偏差校准得到起重对象的位置坐标。2.根据权利要求1所述的起重对象位置确定方法，其特征在于，通过像素偏差校准得到起重对象的位置坐标(C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋向涛，丰明奎，余汉成，童晨，吕宇豪，朱鑫，周铭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：