[发明专利]自动化起重机吊具上多相机的统一标定方法

说明书

本发明提供了一种自动化起重机吊具上多相机的统一标定方法，包括如下步骤：S1：在起重机吊具的锁头附近分别对应安装吊具相机，使得各吊具相机的取景方向竖直朝下且分别对准集装箱远离地面一端的锁孔；S2：构建各吊具相机坐标系和集装箱世界坐标系；分别对四个吊具相机获取的锁孔图像进行畸变矫正，获得各吊具相机的内参矩阵；S3：分别对吊具相机获取的四个锁孔图像进行锁孔检测，并进行锁孔定位；S4：采用椭圆拟合算法提取锁孔边缘，获取锁孔椭圆的虚拟外接矩形提取虚拟外接矩形的四个顶点的图像坐标；S5：解算各吊具相机相对于集装箱世界坐标系的外参矩阵；S6：求取以吊具相机构建的各吊具相机坐标系的相对位姿的解算。

技术领域

本发明涉及港口智能化吊装设备技术领域，尤其涉及一种自动化起重机吊具上多相机的统一标定方法。

背景技术

随着港口智能化的快速发展，港口对自动叠箱需求日趋迫切。然而在自动化叠箱中，首层开箱、自动抓箱、自动叠箱等子系统需要估计吊具相机之间的相对位姿关系，进而实抓箱放箱。吊具上各个针孔相机之间外参标定的重要性不言而喻，如何快速而准确估计出吊具相之间的位姿关系，直接关系到自动化叠箱的效率和效果。传统标定方法主要通过标定板、地面放置明显的标志物等方式标定吊具上针孔各个相机之间的外参数。这种方法比较繁琐。

针对传统多相机标定方法，有必要简化标定流程，提高相机标定效率与吊机的自动化叠箱的效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种用于自动化起重机吊具上的多相机外参数的统一标定方法。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种自动化起重机吊具上多相机的统一标定方法，包括如下步骤：

S1：在起重机吊具的锁头附近分别对应安装一个吊具相机，使得各吊具相机的取景方向竖直朝下且分别对准集装箱远离地面一端的锁孔，四个吊具相机分别获取同一集装箱端面四个不同锁孔对应的图像；

S2：构建各吊具相机坐标系，并构建集装箱世界坐标系；分别对四个吊具相机获取的锁孔图像进行畸变矫正，获得各吊具相机的内参矩阵；

S3：分别对吊具相机获取的四个锁孔图像进行锁孔检测，并进行锁孔定位；

S4：在锁孔定位后的图形采用椭圆拟合算法提取锁孔边缘，获取锁孔椭圆的虚拟外接矩形，在各吊具相机对应的图像坐标系中提取虚拟外接矩形的四个顶点的图像坐标；

S5：根据步骤S2获得的吊具相机的内参矩阵、步骤S4获取的图像坐标系中提取虚拟外接矩形的各顶点的图像坐标，解算各吊具相机相对于集装箱世界坐标系的外参矩阵；

S6：根据坐标变换理论，求取以吊具相机构建的各吊具相机坐标系的相对位姿的解算。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中获得各吊具相机的内参矩阵，是分别建立各吊具相机的相机坐标系，令四个吊具相机为A、B、C和D，对应的相机坐标系分别为、、与；各相机坐标系的Z轴方向为吊具相机光轴指向集装箱远离地面一端的锁孔的方向，各相机坐标系的X轴和Y轴分别与Z轴方向垂直；以集装箱上表面的几何中心为原点，以集装箱的长度延伸方向、宽度延伸方向和竖直向下方向作为坐标轴，构建集装箱世界坐标系；采用张正友标定法分别对四个吊具相机获取的锁孔图像进行畸变矫正：通过各吊具相机将集装箱世界坐标系中的锁孔图像变换为各吊具相机的像素坐标系中的点，令各吊具相机内参矩阵，其中，，，与表示在图像坐标系中二维坐标两个轴向上单位距离的像素个数；为各吊具相机的焦距，与为焦距与像素纵横比的融合；为径向畸变参数，指示了图像坐标系中拍摄的标定法采用的棋盘标定板边缘的夹角大小；与为吊具相机感光板的中心在像素坐标系中的坐标；分别对各吊具相机A、B、C和D求取对应的内参矩阵。

优选的，所述步骤S3中对吊具相机获取的四个锁孔图像进行锁孔检测，是采用目标检测算法YOLO V5进行锁孔所在区域的检测和识别。