[發(fā)明專利]起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210319313.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN102795547A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚洋;張紅良;桂陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B66C13/16
• 分類號(hào): B66C13/16;B66C13/46;B66C13/08
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法，其特征在于，在起重機(jī)臂架頂端靠近吊繩滾輪處安裝一套姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)和一套吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)，在吊鉤上安裝合作標(biāo)志，通過姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)，通過吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的雙像機(jī)交會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)量吊鉤上合作標(biāo)志相對(duì)吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的位置，根據(jù)傾斜姿態(tài)將吊鉤位置轉(zhuǎn)換到水平坐標(biāo)系表示，利用水平坐標(biāo)系表示的吊鉤位置實(shí)時(shí)計(jì)算吊鉤搖擺角度；

其實(shí)施步驟為：

1）將姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)和吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)固定安裝在起重機(jī)臂架頂端靠近吊繩滾輪處，保證吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)像機(jī)鏡頭朝下，對(duì)準(zhǔn)吊鉤搖擺區(qū)域，標(biāo)定姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)與吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的姿態(tài)關(guān)系；

2）在吊鉤上安裝合作標(biāo)志，保證起重機(jī)作業(yè)中合作標(biāo)志對(duì)吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的雙像機(jī)可見；

3）起重機(jī)作業(yè)中利用姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)；

4）利用吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的雙像機(jī)對(duì)吊鉤上合作標(biāo)志成像，實(shí)時(shí)提取圖像坐標(biāo)，雙目交會(huì)計(jì)算吊鉤的相對(duì)位置；

5）根據(jù)吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)將吊鉤位置矢量轉(zhuǎn)換到水平坐標(biāo)系表示；

6）利用水平坐標(biāo)系表示的吊鉤位置矢量計(jì)算吊鉤搖擺角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法，其特征在于：用于實(shí)時(shí)測(cè)量吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一是采用雙軸電子水平儀，二是采用攝像測(cè)姿系統(tǒng)，雙軸電子水平儀可直接測(cè)量相對(duì)水平的傾斜角度；攝像測(cè)姿系統(tǒng)通過對(duì)水平坐標(biāo)系的控制點(diǎn)成像，通過位姿解算估計(jì)系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法，其特征在于：采用電子水平儀作姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方式，雙軸電子水平儀與吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)固定安裝，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定兩者間的姿態(tài)關(guān)系，根據(jù)雙軸電子水平儀測(cè)量姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)水平的傾斜姿態(tài)，利用姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)與吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的姿態(tài)關(guān)系可得到吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法，其特征在于：采用攝像測(cè)姿系統(tǒng)作姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方式具體為：攝像測(cè)姿系統(tǒng)通過對(duì)水平坐標(biāo)系的控制點(diǎn)成像，通過位姿解算估計(jì)攝像測(cè)姿系統(tǒng)的姿態(tài)，進(jìn)而實(shí)時(shí)提供吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)，設(shè)當(dāng)前攝像測(cè)姿系統(tǒng)像機(jī)????????????????????????????????????????????????相對(duì)水平坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣為，位置坐標(biāo)為，則一合作標(biāo)志，坐標(biāo)為，在像機(jī)中的圖像坐標(biāo)、滿足

????????????????(1)

其中為合作標(biāo)志到像機(jī)光心的距離在光軸方向的投影，、為像機(jī)等效焦距，、為像機(jī)主點(diǎn)，等效焦距和主點(diǎn)是像機(jī)內(nèi)參，可事先標(biāo)定得到；

利用像機(jī)內(nèi)參、水平坐標(biāo)系的多個(gè)控制點(diǎn)，在水平坐標(biāo)系的坐標(biāo)已知，，及其對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)，、，，根據(jù)公式(1)可以計(jì)算出當(dāng)前攝像測(cè)姿系統(tǒng)相對(duì)水平坐標(biāo)系的位移和姿態(tài)；

再通過攝像測(cè)姿系統(tǒng)與吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的安裝關(guān)系可實(shí)時(shí)得到吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的傾斜姿態(tài)

??????????????????????????(2)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法，其特征在于：利用吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的雙像機(jī)雙目交會(huì)對(duì)吊鉤定位，進(jìn)而根據(jù)傾斜狀態(tài)計(jì)算位置和搖擺角度，具體為：

利用吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)的雙像機(jī)交會(huì)定位確定吊鉤位置，利用吊鉤攝像測(cè)量系統(tǒng)傾斜姿態(tài)計(jì)算結(jié)果，將吊鉤位置轉(zhuǎn)換到水平坐標(biāo)系為

???????????????????????(3)

即為水平坐標(biāo)系表示的吊鉤相對(duì)起重臂頂端的位置；

水平坐標(biāo)系Z軸與重力方向平行，因此吊鉤的搖擺角度為

，?????????????????(4)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種起重機(jī)吊鉤位置和擺角的實(shí)時(shí)攝像測(cè)量方法，其特征在于：合作標(biāo)志為一組易于被像機(jī)識(shí)別和提取的特殊圖像結(jié)構(gòu)或發(fā)出特殊波段光的LED燈，合作標(biāo)志為特殊圖像結(jié)構(gòu)時(shí)，攝像測(cè)量系統(tǒng)通過特殊圖像結(jié)構(gòu)匹配識(shí)別合作標(biāo)志；合作標(biāo)志為發(fā)出特殊波段光的LED燈時(shí)，攝像機(jī)鏡頭外配合相應(yīng)波段濾光片，系統(tǒng)利用圖像中的亮點(diǎn)識(shí)別合作標(biāo)志。