一種運動物體定位糾偏系統及其運動跟蹤方法
2023-06-30 07:53:21
專利名稱:一種運動物體定位糾偏系統及其運動跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及運動物體定位糾偏系統，本發明還涉及用於運動物體定位糾偏系統的運動跟蹤方法背景技術糾偏系統廣泛用於在自動化的流水線生產作業中以及運動物體定位系統中，如利用糾偏控制系統能夠保證物料在開導，卷取，傳送，切分，拼接，貼合過程中滿足工藝要求或產品質量問題；利用糾偏系統實現機車正確定位等。目前糾偏系統主要分為三種1、傳感器糾偏控制系統依據傳感器探測卷材的邊緣或線條，讀出卷材實際位置與設定位置的偏移量，將偏移量轉換成與之成正比的電信號，再將該信號輸入控制器，信號經控制器放大、校準後，輸入至執行機構，執行機構根據信號的大小，驅動導向支架，將卷材回復至設定位置。根據卷材的不同採用各種傳感器--光電傳感器、超聲波傳感器、線形跟蹤傳感器，以適應全透明卷材、光敏薄膜、鋼板卷材、印有對比線條用以跟蹤的卷材等糾偏需要。糾偏精度能夠在0.5mm或者更小範圍。
2、雷射糾偏控制系統通過雷射發射器沿設計管道軸線發射雷射束射到前進中工具頭內的雷射接收器，與工具頭的實際中心位置對比，其誤差信號反饋到電腦進行處理，然後通過控制裝置根據位移偏差調整工具頭實現糾偏功能。
3、GPS糾偏系統上海振華港機把GPS系統運用到貨櫃起重機上、大梁升降、雙40英尺箱的岸邊貨櫃起重機上實現了誤差小於15毫米的糾錯定位系統。
其中，第1種系統雖然精度高，但適用範圍窄；第2、第3種系統可用於運動物體定位，但成本均較高。
發明內容(一)要解決的技術問題本發明的目的是提供一種結構簡單、成本低、定位精度高的運動物體定位糾偏系統，本發明的目的還提供一種用於運動物體定位糾偏系統的運動跟蹤方法。
(二)技術方案為了達到上述目的，本發明採取以下方案--單片機控制系統，用於控制輸入輸出，接收需要糾偏的運動參數數據，發出命令給執行機構；--參照物，用於設定運動物體規定的運動軌跡；--圖像攝取系統，用於獲取連續數字圖像數據；--運動跟蹤系統，用於根據圖像攝取系統傳送的圖像數據執行運動跟蹤算法實現運動跟蹤功能，判定當前運動狀態是否需要糾錯並把需要糾錯的運動狀態傳送給控制系統。
其中，所述參照物為無人幹預的地面靜態參照物，包括地表面上一條通過顏色標識的與運動軌跡相同的線或條帶。
其中，所述參照物包括運動物體起始或終止點上兩個固定特定的參照物體，或不特定的參照物體如終端的靜止場景。
其中，所述圖像攝取系統包括用於獲得所需圖像的設備，包括攝像機，面陣列掃描裝置，線陣列掃描裝置，飛點掃描裝置；照明或補光設備，用於補充光照，增強攝像機拍攝圖片質量；電纜，用於傳輸數據；智能控制器設備，如單片機，DSP和PC機，用於接收需要糾偏的運動參數數據，發出命令給執行機構；控制箱，用於系統各部分配電控制。
其中，所述運動跟蹤系統包括數據採集卡，用於進行圖像採集；計算機，用於處理圖像數據並傳送給控制系統；與控制系統的接口，用於傳輸運動狀態信息。
本發明用於運動物體定位糾偏系統的運動跟蹤方法，包括有以下步驟1)接受從圖像攝取系統傳送來的圖像數據；2)匹配特徵對的計算在兩幅圖像中搜索參照物，提取參照物的相對應特徵得到匹配特徵對，其中搜索參照物利用圖像處理方法，根據參照物的特徵對參照物進行定位，如將直線條作為參照物，可以利用圖像處理的方法確定中軸線作為匹配特徵；3)根據匹配特徵在兩幅圖像中的位置關係計算實際物體的相對運動，包括運動位移，方向以及旋轉等；4)如果當前運動狀態超過設定的閾值則將當前運動狀態傳送給控制器進行糾錯，否則將當前運動狀態加入運動軌跡記錄中。
其中，所述設定的閾值是由實際運動物體可容許的最大偏移量決定的。
(三)有益效果1)與已有技術相比，由於採用以上方案，本發明在硬體上結構簡單，成本低；2)，在軟體上執行高效算法來跟蹤運動物體運動軌跡，具有定位精度高的特點。
圖1是本發明總體結構示意框圖；圖2是本發明車載移動式掃描運動物體糾偏系統運作示意圖；圖3是本發明圖像攝取系統示意框圖；圖4是本發明運動跟蹤系統示意框圖。
圖中1、圖像攝取系統；2、運動跟蹤系統；3、單片機控制系統；4、運動物體；5、攝像頭；6、待檢查的貨櫃；7、參照物；8、照明燈；9、控制箱；10、數據採集卡；11、計算機；12、設定的運動方向。
具體實施方式以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
如圖1-圖4所示，本發明在運動物體4規定的運動軌跡上設定參照物7，參照物7可以是地表面上一條通過顏色標識的與運動軌跡相同的線或條帶，也可以是運動物體起始或終止點上兩個固定的參照物7體，在運動物體4上安裝一個或多個攝像機，通過攝像頭5拍攝的飽含參照物的連續圖片，利用運動分析算法來跟蹤測量物體的運動軌跡，根據運動軌跡的每一步位移和方向來判斷是否需要糾偏，最後通過控制系統根據偏移的的位移和方向來調整物體定位從而實現物體定位糾偏功能。其中，攝像頭5拍攝的圖片通過數據採集卡10採集，由計算機11處理圖像數據並傳送給控制系統3。所述攝像頭5拍攝的圖片儘可能的接近地面，這樣能保證拍攝圖片的細節多。為避免外界光源的幹擾，照明燈8或補光裝置要補充光源並且抵制外界光源。如用高頻鏑燈。
如圖2所示，物體運動4的道路上參照物與背景顏色對比鮮明。所述控制系統3安裝在運動物體4上。運動跟蹤系統通過運動分析算法計算物體運動與原設定運動路線的偏移方向和偏移距離，並將此信息傳送給運動控制系統。運動控制系統通過獲得的信息控制物體的運動方向和運動距離，從而達到使物體與設定方向一致。
物體運動4速度要在一定範圍之內，否則攝像頭5會有丟幀現象。
物體運動4定位糾偏系統的運動跟蹤方法的執行步驟1)接受從圖像攝取系統傳送來的圖像數據；2)匹配特徵對的計算在兩幅圖像中搜索參照物7，提取參照物7的相對應特徵得到匹配特徵對，其中搜索參照物7利用圖像處理方法，根據參照物7的特徵對參照物7進行定位，如將直線條作為參照物，可以利用圖像處理的方法確定中軸線作為匹配特徵；3)根據匹配特徵在兩幅圖像中的位置關係計算實際物體的相對運動，包括運動位移，方向以及旋轉等；4)如果當前運動狀態超過設定的閾值則將當前運動狀態傳送給控制系統3進行糾錯，否則將當前運動狀態加入運動軌跡記錄中。
其中，閾值是由實際運動物體可容許的最大偏移量決定的。
權利要求
1.一種運動物體定位糾偏系統，包括控制系統，用於控制輸入輸出，接收需要糾偏的運動參數數據，發出命令給執行機構，其特徵在於還包括--參照物，用於設定運動物體規定的運動軌跡；--圖像攝取系統，用於獲取連續數字圖像數據；--運動跟蹤系統，用於根據圖像攝取系統傳送的圖像數據執行運動跟蹤算法實現運動跟蹤功能，判定當前運動狀態是否需要糾錯並把需要糾錯的運動狀態傳送給控制系統。
2.如權利要求
1所述的一種運動物體定位糾偏系統，其特徵在於所述參照物為無人幹預的地面靜態參照物，包括地表面上一條通過顏色標識的與運動軌跡相同的線或條帶。
3.如權利要求
1所述的一種運動物體定位糾偏系統，其特徵在於所述參照物包括運動物體起始或終止點上兩個固定特定的參照物體，或不特定的參照物體如終端的靜止場景。
4.如權利要求
1所述的一種運動物體定位糾偏系統，其特徵在於所述圖像攝取系統包括用於獲得所需圖像的設備，包括攝像機，面陣列掃描裝置，線陣列掃描裝置，飛點掃描裝置；照明或補光設備，用於補充光照，增強攝像機拍攝圖片質量；電纜，用於傳輸數據；智能控制器設備，用於接收需要糾偏的運動參數數據，發出命令給執行機構；控制箱，用於系統各部分配電控制。
5.如權利要求
1所述的一種運動物體定位糾偏系統，其特徵在於所述運動跟蹤系統包括數據採集卡，用於進行圖像採集；計算機，用於處理圖像數據並傳送給控制系統；與控制系統的接口，用於傳輸運動狀態信息。
6.用於權利要求
1所述的一種運動物體定位糾偏系統的運動跟蹤方法，其特徵在於有以下步驟1)接受從圖像攝取系統傳送來的圖像數據；2)匹配特徵對的計算在兩幅圖像中搜索參照物，提取參照物的相對應特徵得到匹配特徵對，其中搜索參照物利用圖像處理方法，根據參照物的特徵對參照物進行定位，如將直線條作為參照物，可以利用圖像處理的方法確定中軸線作為匹配特徵；3)根據匹配特徵在兩幅圖像中的位置關係計算實際物體的相對運動，包括運動位移，方向以及旋轉等；4)如果當前運動狀態超過設定的閾值則將當前運動狀態傳送給控制器進行糾錯，否則將當前運動狀態加入運動軌跡記錄中。
7.如權利要求
6所述的一種機車定位糾偏系統的運動跟蹤方法，其特徵在於所述設定的閾值是由實際運動物體可容許的最大偏移量決定的。
專利摘要
本發明涉及運動物體定位糾偏系統。本發明公開一種運動物體定位的糾偏系統及其運動跟蹤方法，包括控制系統，參照物，圖像攝取系統，運動跟蹤系統。方法1)接受從圖像攝取系統傳送來的圖像數據；2)匹配特徵對的計算；3)根據匹配特徵在兩幅圖像中的位置關係計算實際物體的相對運動；4)如果當前運動狀態超過設定的閾值則將當前運動狀態傳送給控制器進行糾錯，否則將當前運動狀態加入運動軌跡記錄中。
文檔編號G01C11/00GK1996194SQ200510135929
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日
發明者張麗, 陳志強, 王麗君, 王志明, 趙自然, 邢宇翔, 肖永順, 李元景, 劉以農 申請人:清華大學, 清華同方威視技術股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan