一种高效的集装箱闸口图像采集系统及方法与流程

1.本发明涉及一种集装箱闸口的集卡车及载箱的图像采集系统，用于集装箱码头、场站，以及物流中心的卡口；可实现集卡车通过卡口时，不用停车，就在通过过程中实时采集高清晰度无畸变的整幅集装箱卡车各面图片。


背景技术：

2.随着机器视觉迅速发展，集装箱智能识别系统在自动化集装箱港口的堆场管理和运输物流领域起到了举足轻重的作用。与之对应的瓶颈之一就是图像质量的高清晰度与图像采集速度的要求也日益增高。而线阵相机凭借着可以实现精度高、成像快的拍摄运动物体的能力，越来越被视觉工程师和最终用户所认可。然而线阵相机的使用比较复杂，其拍摄一幅图像需要拍摄多帧进行拼接，就需要对线阵相机与被拍摄物体实时高精度标定，通常线阵相机标有利用三维振动位移测量，激光水平等多种设备共同标定数据的方法，来实现线阵相机拍摄。
3.现有线阵相机驱动拍摄有两种，其中一种基于三维振动位移测量拍摄，在被拍物体的测量位置粘贴：贴片式位感条纹或者喷涂位感条纹，调整好线阵相机的成像位置，才可进行拍摄，这样对被拍物体要求过高。另一种，需要激光扫描仪的激光节点和线阵相机的镜头节点在同一竖直直线上，而且激光扫描仪需要和线阵相机镜头在同一水平面，导致一个激光只能对一个线阵相机进行标定，安装要求过高，过于死板，不够灵活。
4.因此现有线阵相机驱动拍摄方式成本高，维护复杂，不利于在集装箱闸口这类环境使用，而且集卡车的行驶速度的不确定，以及车辆与集装箱形状的多样性都影响以上方法的准确应用。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种高效的集装箱闸口图像采集系统及方法，利用线阵相机拍照解决现代港口机器视觉需求图像精度高、速度快的问题；本发明利用激光扫描仪扫描的集卡轮廓点云数据来计算集卡与线阵相机的相关关系，从而准确驱动线阵相机拍摄，解决传统线阵相机拍摄对于拍摄目标或者拍摄安装要求高的问题；同时本发明还能根据集卡车行驶位置控制led补光灯的补光，可以高效利用设备适应各种光线环境。本发明能实现集卡不停车调整通过的状态下，准确计算集卡车相对位置信息，准确计算集卡实时行驶车速度，准确计算集卡车托架上集装箱相对位置信息，准确计算集卡车托架上集装箱相对于托架的位置信息（前、中、后）；本发明根据集卡车实时速度信息来精确控制线阵相机行频拍照，并可根据线阵相机反馈图像质量信息，实时调整相机参数阈值（曝光频率、宽动态、强光抑制等参数），以及自动控制调整led补光灯的开关与高亮控制。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效的集装箱闸口图像采集系统，包括激光扫描仪、线阵相机和数据处理工控机，其中：所述激光扫描仪安装在龙门架侧上方或顶部，并通过网络线缆与数据处理工控机连接，用于对待识别的闸口集卡通行的通
道进行实时扫描，并将扫描获得的激光点云数据发送给数据处理工控机；所述线阵相机为三台，分别安装在龙门架的上方与左、右两侧，三台线阵相机均通过网络线缆与数据处理工控机连接，用于对通道内通过的集卡的顶面和左、右两个侧面进行拍摄，并将拍摄获得的图像数据发送给数据处理工控机；所述数据处理工控机根据实时接收的激光点云数据判断通道内是否有集卡、以及集卡上集装箱的大小和位置，通过计算生成线阵相机的拍摄控制信号，并将接收到的图像数据拼接成完整的照片。
7.本发明还提供了一种高效的集装箱闸口图像采集方法，包括如下步骤：步骤一、激光扫描仪持续扫描待识别的闸口集卡通行的通道，并将扫描获得的激光点云数据发送给数据处理工控机；步骤二、数据处理工控机对激光点云数据进行实时运算，在集卡到来时获得集卡与集装箱的轮廓信息；步骤三、当集卡行驶到闸口通道时，数据处理工控机开始对集卡的轮廓进行连续处理，通过积分计算获得集卡的行驶速度；步骤四、当集卡车车头行驶到龙门架前、接近线阵相机的拍摄范围时，数据处理工控机给线阵相机发送开始拍摄的控制信号，同时将集卡的行驶速度转换成脉冲信号发送给线阵相机，触发线阵相机拍照，线阵相机接收到脉冲信号，持续拍照并将拍摄到的图像数据发送给数据处理工控机，数据处理工控机对照片进行拼接；步骤五、当集卡车车尾行驶过龙门架后，数据处理工控机给线阵相机发送停止拍摄的控制信号，同时停止计算和发送脉冲信号；然后将拼接完成的完整的车辆图片进行保存。
8.与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明实现了线阵相机在集装箱闸口对行驶集卡的图像采集应用，从而获得线阵相机实时拼接的无畸变的完整集卡与集装箱侧面与顶部的高清图像；因集卡行驶过程中的速度实时变化的，要使线阵相机准确拍摄拼接，就需要根据集卡的行驶速度实时调整线阵相机的行频控制信号；本发明采用激光扫描仪，以激光扫描点云数据进行数据分析，计算集卡过车位置、速度，进而计算线控制阵相机行频参数，通过脉冲宽度调制（pwm）信号发生电路生成线阵相机的脉冲控制信号，驱动线阵相机拍照。本发明的具体优点在于：1、通过激光点云数据计算线阵相机脉冲，实现不再拘泥于对于被拍摄物表面进行喷涂位感条纹，实现运动物体的实时对准。
9.2、本发明实现一个激光扫描仪同时触发三个线阵相机拍摄，并且实时调整相机参数阈值（曝光频率、宽动态、强光抑制等参数），实现动态调整照片质量。
10.3、通过激光检测来车状态，实现对led补光灯的开关控制，并可实现led补光灯的功率模式调整，在夜间无车时调暗灯光，有车时调亮，从而节省能源。
11.4、本发明可以实现不停车方式拍摄集卡照片，准确计算集卡车对于龙门架位置信息，准确计算集卡车速度信息，准确计算集卡车托架集装箱相对于龙门架位置，准确计算集卡车托架上集装箱相对于托架的位置信息（前、中、后压箱位置）。这些信息可以提供给智能识别应用系统，实现对集装箱闸口的智能化管理。
附图说明
12.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本发明的系统安装示意图；图2为本发明的系统连接示意图。
具体实施方式
13.本发明采用线阵相机成像技术，通过二维的激光扫描仪实时扫描行驶过闸的集卡车，获得集卡与所载集装箱的轮廓的激光点云数据，对激光点云数据进行计算，获取集卡行驶通过时的位置、速度等实时状态，实时控制线阵相机拍摄并拼接成图。
14.以下，将结合附图详细说明本发明的系统组成、实现流程和工作原理。
15.一、本发明的系统组成如图1所示，本系统包括龙门架、激光扫描仪、led条灯、线阵相机、网络继电器和数据处理工控机等，其中：1、龙门架：采用框架结构，安装于待识别的闸口集卡通行的通道上，让集卡从龙门架下通过，龙门架顶部及左右两侧与集卡车保留合适的距离。
16.2、激光扫描仪：安装在龙门架侧上方或顶部，确保激光扫描面置于通道内，且扫描面方向与集卡行驶方向一致，用于扫描当前通道通过的集卡车；激光扫描仪与数据处理工控机网络相连，用于将扫描的激光点云数据发送给数据处理工控机。
17.3、led条灯：对应于3台线阵相机分别安装在龙门架的上方与左、右两侧，用于夜晚过车、阴天等光线不足的时间，给线阵相机补光。led条灯的电源开关通过网络继电器来控制，方便系统自动对灯进行开启以及亮度的调节控制。
18.4、线阵相机：三台线阵相机分别安装在龙门架的上方与左、右两侧；分别拍摄通道内通过的集卡的三个大侧面（集卡的顶面和左、右两个侧面）。线阵相机与数据处理工控机网络连接，实现拍摄照片的上传以及拍照参数的设置；另外，线阵相机的行频控制信号的输入由数据处理工控机的脉冲宽度调制（pwm）信号输出提供。
19.5、网络继电器：与数据处理工控机网络连接，用于控制led条灯的电源开关，以及亮度（高亮、低亮）控制。
20.6、数据处理工控机：与激光扫描仪、线阵相机、网络继电器网络连接，并且集成脉冲宽度调制（pwm）信号发生电路，输出信号到线阵相机的行频输入口；数据处理工控机实时接收激光点云数据，根据点云数据分析通道内是否有集卡，以及集卡上的集装箱大小、位置，通过计算生成控制线阵相机拍摄行频的脉冲宽度调制（pwm）信号，触发线阵相机拍照，最后接收并保存线阵相机的图像结果。
21.二、本发明的实现流程激光扫描仪持续扫描闸口通道，并将扫描点云数据发送给数据处理工控机实时运算，在集卡到来时可以获得集卡与集装箱的轮廓信息：1、当集卡行驶到闸口通道，接近龙门架一定距离（可以配置参数来调整，如5米范围）时：工控机开始对集卡的轮廓进行连续处理，积分计算集卡行驶速度。
22.2、集卡车车头行驶到龙门架前，接近线阵相机拍摄范围时（预设一定距离参数）：工控机给线阵相机发送开始拍摄控制信号，将激光点云数据计算的集卡行驶速度转换成脉
冲信号，发送给线阵相机，触发线阵相机拍照。线阵相机接收到脉冲信号，持续拍照并将拍摄出来的每帧数据发送给工控机，由工控机拼接照片。
23.3、集卡车车尾行驶过龙门架后：工控机给线阵相机发送停止控制信号，停止计算发送脉冲信号。将完整的车辆图片进行保存、发送给所需要的其他应用系统。
24.4、在集卡行驶在2～3过程中：工控机接收到线阵相机发送的数据，对照片的色彩进行分析，判断当前是否光线不足，实时调整相机参数阈值（曝光频率、宽动态、强光抑制等参数），实现动态调整照片质量。并根据激光点云数据计算集卡托架上是否有集装箱，并计算出集装箱大小，以及集装箱压箱位置。
25.5、如果当前光线较暗，曝光调整无法满足照片的正常的曝光需要：数据处理工控机通过网络继电器控制led补光灯的电源开关通路，开启led灯照明补光；同时，在数据处理工控机控制线阵相机拍摄时，通过网络继电器控制led灯的功率调整为高亮，而无集卡通过，非拍摄过程时则置led补光灯为低功率低亮度状态，从而实现能源节省，并提高led条灯的使用寿命。
26.三、本发明的工作原理本发明应用激光点云技术实现集卡位置与速度的检测应用。激光点云是指利用激光雷达扫描对象以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标，再对这些点进行滤波、积分、计算得出扫描对象的位置、速度。本发明利用激光点云技术计算在集卡通过相机拍摄区域的过程中相机触发拍摄的行频等数据，从而实现不停车方式采集闸口通过的集卡及载箱的完整图像。
27.本发明采用二维的激光扫描仪获得激光点云数据，探测通道内集卡通过行驶状态，精准计算集卡车实时位置和速度信息，并识别集卡车托架上载箱状态，并实时给线阵相机发送精准的行频控制信号，将获得的线阵相机照片动态拼接，完成无畸变的高清照片，同时在车辆行驶到设定位置时，触发车牌相机、前后门相机准确抓拍集卡车牌以及载箱的前后面；本发明还可以配置红外高亮度补光灯装置，根据集卡车的行驶位置控制补光灯的曝光，从而可以获得全环境下无阴影干扰的图像照片；同时本发明也可配置可见光的补光灯，并且根据线阵相机反馈图像质量信息，实时调整相机参数阈值（曝光频率、宽动态、强光抑制等参数），使成像更清晰。

技术特征：
1.一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：包括激光扫描仪、线阵相机和数据处理工控机，其中：所述激光扫描仪安装在龙门架侧上方或顶部，并通过网络线缆与数据处理工控机连接，用于对待识别的闸口集卡通行的通道进行实时扫描，并将扫描获得的激光点云数据发送给数据处理工控机；所述线阵相机为三台，分别安装在龙门架的上方与左、右两侧，三台线阵相机均通过网络线缆与数据处理工控机连接，用于对通道内通过的集卡的顶面和左、右两个侧面进行拍摄，并将拍摄获得的图像数据发送给数据处理工控机；所述数据处理工控机根据实时接收的激光点云数据判断通道内是否有集卡、以及集卡上集装箱的大小和位置，通过计算生成线阵相机的拍摄控制信号，并将接收到的图像数据拼接成完整的照片。2.根据权利要求1所述的一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：在龙门架的上方与左、右两侧安装有与线阵相机相对应的led条灯。3.根据权利要求2所述的一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：所述led条灯通过电源线缆与网络继电器连接，所述网络继电器通过网络线缆与数据处理工控机连接。4.根据权利要求1所述的一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：三台线阵相机均通过数据线缆与数据处理工控机连接。5.根据权利要求4所述的一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：所述数据处理工控机集成脉冲宽度调制信号发生电路，输出信号到线阵相机的行频输入口。6.根据权利要求1所述的一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：所述龙门架为框架结构，安装于待识别的闸口集卡通行的通道上，供集卡从龙门架下通过。7.根据权利要求1所述的一种高效的集装箱闸口图像采集系统，其特征在于：所述激光扫描仪的激光扫描面置于待识别的闸口集卡通行的通道内，且扫描面方向与集卡行驶方向一致。8.一种高效的集装箱闸口图像采集方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、激光扫描仪持续扫描待识别的闸口集卡通行的通道，并将扫描获得的激光点云数据发送给数据处理工控机；步骤二、数据处理工控机对激光点云数据进行实时运算，在集卡到来时获得集卡与集装箱的轮廓信息；步骤三、当集卡行驶到闸口通道时，数据处理工控机开始对集卡的轮廓进行连续处理，通过积分计算获得集卡的行驶速度；步骤四、当集卡车车头行驶到龙门架前、接近线阵相机的拍摄范围时，数据处理工控机给线阵相机发送开始拍摄的控制信号，同时将集卡的行驶速度转换成脉冲信号发送给线阵相机，触发线阵相机拍照，线阵相机接收到脉冲信号，持续拍照并将拍摄到的图像数据发送给数据处理工控机，数据处理工控机对照片进行拼接；步骤五、当集卡车车尾行驶过龙门架后，数据处理工控机给线阵相机发送停止拍摄的控制信号，同时停止计算和发送脉冲信号；然后将拼接完成的完整的车辆图片进行保存。9.根据权利要求8所述的一种高效的集装箱闸口图像采集方法，其特征在于：数据处理工控机对线阵相机发送的图像数据的色彩进行判断，并根据判断结果实时调整相机参数阈值，实现动态调整照片质量。
10.根据权利要求9所述的一种高效的集装箱闸口图像采集方法，其特征在于：如果当前光线较暗，曝光调整无法满足照片的正常曝光需要时，数据处理工控机通过网络继电器控制led条灯的电源开关通路，开启led条灯照明补光；同时，在数据处理工控机控制线阵相机拍摄时，通过网络继电器控制led条灯的功率调整为高亮，当通道内无集卡通过或非拍摄过程时则置led条灯为低功率低亮度状态。

技术总结
本发明公开了一种高效的集装箱闸口图像采集系统及方法，系统包括激光扫描仪、线阵相机和数据处理工控机，其中：所述激光扫描仪安装在龙门架侧上方或顶部；所述线阵相机安装在龙门架的上方与左、右两侧；所述数据处理工控机根据实时接收的激光点云数据判断通道内是否有集卡、以及集卡上集装箱的大小和位置，通过计算生成线阵相机的拍摄控制信号，并将接收到的图像数据拼接成完整的照片。与现有技术相比，本发明的积极效果是：1、不再拘泥于对于被拍摄物表面进行喷涂位感条纹，实现运动物体的实时对准。2、能实时调整相机参数阈值，实现动态调整照片质量。3、能实现对LED补光灯的开关控制，并可实现LED补光灯的功率模式调整。并可实现LED补光灯的功率模式调整。并可实现LED补光灯的功率模式调整。


技术研发人员：孟朝辉
受保护的技术使用者：北京国泰星云科技有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8