[发明专利]一种塔式起重机负荷立体摆角的视觉检测方法

说明书

本发明提供了一种塔式起重机负荷立体摆角的视觉检测方法，包括步骤为：左右两个相机的标定、图像采集、图像转换成灰度图像、滤波去除噪声、图像二值化、边缘检测、吊绳直线检测、白色标记点平面坐标点计算、白色标记点三维坐标计算以及计算三维摆角。该视觉检测方法避免使用价格昂贵的加速度计、陀螺仪等传感器，且检测精度高，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种视觉检测方法，尤其是一种针对于塔式起重机负荷立体摆角的视觉检测方法。

背景技术

随着生产力的发展，塔式起重机作为一种主要的搬运机械，在工业生产和民用建筑中，发挥着越来越重要的作用。塔式起重机在作业中普遍存在负荷摆动问题，会限制负荷变幅速度和回转速度，降低负荷就位精度，同时也增加了操作人员的劳动强度，严重时会引起负荷脱钩，引发事故。因此消除或控制负荷摆动对提高塔式起重机工作效率、减少装卸作业生产隐患具有重要意义。

目前，塔式起重机负荷防摆控制系统的立体摆角检测主要由加速度计、陀螺仪等传感器组成传感器模块来实现摆角检测，硬件成本较高且信号处理复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的立体摆角检测主要依靠各类传感器，成本高且存在较大的误差。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种塔式起重机负荷立体摆角的视觉检测方法，包括如下步骤：

步骤1，对左右平衡安装的两个相机分别进行标定，得到两个相机之间的相对几何位置关系；

步骤2，利用标定后的左右相机对塔式起重机搭载的重物进行图像采集；

步骤3，将采集到的左右两幅原始彩色图像转换成灰度图像；

步骤4，对左右两幅灰度图像进行维纳滤波去除噪声；

步骤5，对左右两幅去噪图像利用OTSU全局阈值最大化类间方差进行区域分割，得到左右两幅二值图像；

步骤6，利用canny边缘检测算子对左右两幅二值图像进行物体边缘检测，得到左右两幅边缘轮廓曲线图像；

步骤7，对左右两幅边缘图像利用Hough变换检测出塔式起重机图像中吊载重物的直线吊绳，并利用像素值检测出设置在吊绳两端的白色标记点；

步骤8，将检测到的吊绳首端的白色标记点记为图像的起始坐标点，分割出吊绳直线区域；

步骤9，分别检测出左右两幅图像中吊绳直线区域尾端的白色标记点的行列坐标；

步骤10，采用异面直线公垂线的中点逼近所要恢复的吊绳尾端的白色标记点三维坐标，从而获得欲恢复吊绳尾端的白色标记点的三维坐标；

步骤11，根据欲恢复吊绳尾端白色标记点的三维坐标计算该点距离吊绳首端白色标记基点的三维摆角。

采用对两个相机的内部参数和外部参数分别进行标定，能够有效提高检测的精度，为后面的三维坐标计算奠定精确的计算基础；利用吊绳首端的白色标记点，能够方便从图像中分割出吊绳直线区域，提高了吊绳识别的精确性；利用两幅图像中吊绳直线区域尾端的白色标记点计算欲恢复吊绳尾端的白色标记点的三维坐标，从而进一步计算出三维摆角，完成负荷立体摆角的视觉检测。

作为本发明的进一步限定方案，步骤1中对两个相机分别进行标定时，具体包括如下步骤：

步骤1-1，采用黑白国际象棋图案作为标定模板；

步骤1-2，将标定模板置于左右相机的正前方，变换标定模板的平面位置和旋转角度，用左右相机对同一位置的标定模板同时采集N组图片；

步骤1-3，选取同一组左右两幅图像，并分别确定每幅图像中所有对应黑白格子的左上角、右上角、左下角和右下角四个边界的特征点；