專利名稱：基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置及設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置及其設(shè)計(jì)方法，屬 于圖像測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
桅桿升降系統(tǒng)在偵察車中具有重要作用，桅桿升降系統(tǒng)從最低上升到最高過程 中，由于桅桿導(dǎo)軌存在間隙或者結(jié)構(gòu)變形等原因，在負(fù)重或風(fēng)力的作用下，會(huì)存在一定的扭 轉(zhuǎn)變形角度，此參數(shù)為桅桿升降系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，直接關(guān)系到偵察系統(tǒng)的精度，因此如何高精 度測(cè)試這一扭轉(zhuǎn)角度至關(guān)重要。由于桅桿升降高度可達(dá)到近8m，并且在不同高度時(shí)的扭轉(zhuǎn) 角度也不同，因此該角度無法通過直接安裝角度傳感器測(cè)量，目前還沒有出現(xiàn)檢測(cè)該系統(tǒng) 扭轉(zhuǎn)角度的測(cè)試裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了對(duì)桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)試，提出一種基于高速攝像機(jī)的 桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置及設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)方法為將兩個(gè)高能激 光器以一定間距固定在被測(cè)桅桿系統(tǒng)最頂部，使其發(fā)出的激光束分別照射在置于底座的成 像板上，形成兩個(gè)圓形光斑；同時(shí)采用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集成像板上的圖像，提取圖像中兩 個(gè)光斑的中心位置；在被測(cè)桅桿系統(tǒng)升降過程中，兩個(gè)高能激光器隨被測(cè)桅桿系統(tǒng)一起發(fā) 生扭轉(zhuǎn)，通過高速攝像機(jī)記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉(zhuǎn)過程中的實(shí)時(shí)直線位置，計(jì) 算得到被測(cè)桅桿系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角度。本裝置的設(shè)計(jì)方案中采用無線模塊作為數(shù)據(jù)傳輸方式， 簡(jiǎn)化安裝并提高了信號(hào)傳輸可靠性。
依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)計(jì)方法制作的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置，包括測(cè)試端和監(jiān) 控計(jì)算機(jī)。其中，測(cè)試端包括測(cè)試臺(tái)底座、成像板、兩個(gè)高能激光器、激光器供電控制模塊、 面陣攝像機(jī)、嵌入式圖像處理系統(tǒng)和可充電電池，用于完成測(cè)試過程中圖像拍攝及計(jì)算處理等任務(wù)。
監(jiān)控計(jì)算機(jī)帶有無線模塊，用于接收測(cè)試端傳來的測(cè)試結(jié)果，并計(jì)算桅桿系統(tǒng)升 降過程中的實(shí)時(shí)扭轉(zhuǎn)角度，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；其中的系統(tǒng)軟件用于計(jì)算機(jī)顯示、存儲(chǔ)、打印扭 轉(zhuǎn)角度測(cè)試性能指標(biāo)。
測(cè)試臺(tái)底座用來放置成像板、面陣攝像機(jī)、嵌入式圖像處理系統(tǒng)和可充電電池，起 到固定作用。
兩個(gè)高能激光器為第一高能激光器和第二高能激光器，以一定間距安置在被測(cè)桅 桿系統(tǒng)頂部與之垂直的支桿上。兩個(gè)高能激光器的發(fā)射端豎直向下安裝，發(fā)出的激光束分 別照射到成像板上形成圓形光斑。
激光器供電控制模塊包括帶無線接收功能的供電電路和無線遙控裝置。通過無線遙控裝置控制供電電路以遙控兩個(gè)高能激光器的供電電源通斷，達(dá)到節(jié)電和減少電纜連線 的目的。
成像板為平板結(jié)構(gòu)，采用漫反射性能較好的透光而不透明的材料，以保證激光束 在成像板上形成較好的光斑。
面陣攝像機(jī)置于成像板正下方中心位置，鏡頭豎直朝上，用于拍攝成像板的圖像； 通過調(diào)整其與成像板的間距及自身位置，使成像板面充滿面陣攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍。
嵌入式圖像處理系統(tǒng)由嵌入式圖像處理板和無線模塊組成，用于實(shí)時(shí)采集、處理 面陣攝像機(jī)的圖像，并實(shí)時(shí)計(jì)算出兩個(gè)光斑的中心位置，進(jìn)而得到由兩個(gè)光斑中心確定的 直線位置，同時(shí)由無線模塊將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
可充電電池為面陣攝像機(jī)和嵌入式圖像處理系統(tǒng)供電。
測(cè)試裝置各部分之間的連接關(guān)系為第一高能激光器和第二高能激光器通過伸出 的支桿固定于被測(cè)桅桿系統(tǒng)的頂部，激光器供電控制模塊的供電電路置于支桿上或被測(cè)桅 桿系統(tǒng)頂部、通過信號(hào)線與第一高能激光器和第二高能激光器連接；成像板通過支架平行 于測(cè)試臺(tái)底座放置、且與測(cè)試臺(tái)底座相隔一定距離；面陣攝像機(jī)、可充電電池、嵌入式圖像 處理系統(tǒng)固定在測(cè)試臺(tái)底座上。嵌入式圖像處理系統(tǒng)與面陣攝像機(jī)相連，可充電電池分別 與面陣攝像機(jī)和嵌入式圖像處理系統(tǒng)相連。監(jiān)控計(jì)算機(jī)與測(cè)試端通過無線模塊傳輸結(jié)果。
本發(fā)明的測(cè)試裝置的具體測(cè)試步驟如下
步驟1，在桅桿系統(tǒng)升降前開啟測(cè)試端，由激光器供電控制模塊的無線遙控裝置控 制激光器供電控制模塊的供電電路打開兩個(gè)高能激光器。
步驟2，在步驟1之后、桅桿系統(tǒng)升降前，通過面陣攝像機(jī)采集圖像并傳輸?shù)角度?式圖像處理系統(tǒng)，得到兩個(gè)光斑的中心位置，并由兩個(gè)光斑中心確定初始直線位置，并由嵌 入式圖像處理系統(tǒng)通過無線模塊將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
步驟3，桅桿系統(tǒng)在升降過程中，通過面陣攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集成像板圖像并傳輸?shù)角?入式圖像處理系統(tǒng)，得到兩個(gè)光斑的中心位置，再由兩個(gè)光斑中心確定實(shí)時(shí)直線位置，并由 嵌入式圖像處理系統(tǒng)通過無線模塊將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
步驟4，桅桿系統(tǒng)升降結(jié)束后，監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)步驟2和步驟3中無線模塊傳來的 實(shí)時(shí)直線位置，結(jié)合初始直線位置，計(jì)算得到桅桿系統(tǒng)的實(shí)時(shí)扭轉(zhuǎn)角度。
有益效果
本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方法和制作的測(cè)試裝置解決了偵察車中桅桿升降系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn) 角度測(cè)試的問題，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)采用高速面陣攝像機(jī)可實(shí)時(shí)檢測(cè)不同高度時(shí)桅桿系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角度，誤差小、精度高；
(2)裝置中采用了多個(gè)無線模塊以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸，操作者可遙控裝置， 還可立刻看到測(cè)試結(jié)果，實(shí)時(shí)性好，具有節(jié)電和減少電纜連線的優(yōu)點(diǎn)；
(3)通過測(cè)試得到的實(shí)時(shí)扭轉(zhuǎn)角度可以校正桅桿系統(tǒng)的參數(shù)，以提高整個(gè)偵察系 統(tǒng)的精度。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法不僅可以適用于偵察車的桅桿系統(tǒng)上，還可以應(yīng)用于類似的高 精度角度測(cè)試中。


圖1為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置 的示意圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置 的成像板圖像示意圖。
標(biāo)號(hào)說明
1-測(cè)試臺(tái)底座，2-被測(cè)桅桿系統(tǒng)，3-成像板，4-第一支架，5-第二支架，6_嵌入式 圖像處理系統(tǒng)，7-面陣攝像機(jī)，8-可充電電池，9-第一高能激光器，10-第二高能激光器， 11-支桿，12-激光器供電控制模塊的供電電路，13-激光器供電控制模塊的無線遙控裝置， 14-監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
為更好地說明本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖及桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試實(shí)例 來進(jìn)一步說明。
本發(fā)明所述的基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)方法為將兩 個(gè)高能激光器以一定間距固定在被測(cè)桅桿系統(tǒng)最頂部，其發(fā)出的激光束分別照射在置于底 座的成像板上，形成兩個(gè)圓形光斑；同時(shí)采用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集成像板上的圖像，提取圖 像中的兩個(gè)光斑的中心位置；在被測(cè)桅桿系統(tǒng)升降過程中，兩個(gè)高能激光器隨被測(cè)桅桿系 統(tǒng)一起發(fā)生扭轉(zhuǎn)，通過高速攝像機(jī)記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉(zhuǎn)過程中的實(shí)時(shí)直線 位置，計(jì)算得到被測(cè)桅桿系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角度。本裝置的設(shè)計(jì)方案中采用無線模塊作為數(shù)據(jù)傳 輸方式，簡(jiǎn)化安裝并提高了信號(hào)傳輸可靠性。
本實(shí)施例用本發(fā)明的測(cè)試裝置測(cè)量偵察車的被測(cè)桅桿系統(tǒng)2的扭轉(zhuǎn)角度。如圖1 所示，依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)計(jì)方法制作的測(cè)試裝置由測(cè)試端和監(jiān)控計(jì)算機(jī)14組成。測(cè)試端 包括測(cè)試臺(tái)底座1，成像板3，面陣攝像機(jī)7，可充電電池8，第一高能激光器9，第二高能激光 器10，激光器供電控制模塊(包括供電電路12和無線遙控裝置1 、嵌入式圖像處理系統(tǒng) 6。
成像板3是尺寸為600mm X 400mm的四邊形鋼架結(jié)構(gòu)，與測(cè)試臺(tái)底座1相距 1000mm，通過第一支架4和第二支架5平行于測(cè)試臺(tái)底座1放置。面陣攝像機(jī)7位于成像 板3中心的正下方位置。第一高能激光器9和第二高能激光器10間距200mm安裝在桅桿 系統(tǒng)頂部伸出的支桿11上，并且第一高能激光器9和第二高能激光器10發(fā)射的激光束照 射在成像板3的中間部分，避免扭轉(zhuǎn)過程中光斑超出成像板面。激光器供電控制模塊的供 電電路12置于支桿11上。可充電電池8和嵌入式圖像處理系統(tǒng)6均置于測(cè)試平臺(tái)底座1 上，位于成像板3的下方。面陣攝像機(jī)7的分辨率為1400X10M像素，幀頻為110幀/秒， 曝光時(shí)間為μ s級(jí)，鏡頭焦距為4mm，其數(shù)據(jù)接口方式均為高速通訊接口。嵌入式圖像處理 系統(tǒng)6可通過通訊接口實(shí)時(shí)得到面陣攝像機(jī)7采集的圖像。面陣攝像機(jī)7和嵌入式圖像處 理系統(tǒng)6均由可充電電池8供電。
將本發(fā)明的測(cè)試裝置在室內(nèi)常溫環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，其工作過程如下
步驟1，在桅桿系統(tǒng)升降前開啟測(cè)試端的設(shè)備，由激光器供電控制模塊的無線遙控 裝置13控制激光器供電控制模塊的供電電路12打開第一高能激光器9和第二高能激光器10。
步驟2，在步驟1之后、桅桿系統(tǒng)升降前，通過面陣攝像機(jī)7采集圖像并傳輸?shù)角度?式圖像處理系統(tǒng)6，得到兩個(gè)初始光斑的中心位置Pltj (Pl0x, Pl0y)和P2。(P2ox, P2oy)，并由兩個(gè) 初始光斑中心確定初始直線位置PltjP2。，斜率kQ = (P20y-Pl0y) / (Ρ20χ-Ρ 0χ)，并由嵌入式圖像 處理系統(tǒng)6通過無線模塊將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)14。
步驟3，桅桿系統(tǒng)在升降過程中，通過面陣攝像機(jī)7實(shí)時(shí)采集成像板圖像并傳輸?shù)?嵌入式圖像處理系統(tǒng)6，得到兩個(gè)實(shí)時(shí)光斑的中心位置P1 (PlX，Pl7) ^P P2 (P2x, P2y)，再由兩 個(gè)光斑中心確定實(shí)時(shí)直線位置P1P2，斜率k = (P2y-Piy)/(P2x-PlX)，并由嵌入式圖像處理系 統(tǒng)6通過無線模塊將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)14進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
步驟4，桅桿系統(tǒng)升降結(jié)束后，監(jiān)控計(jì)算機(jī)14根據(jù)步驟2和步驟3中無線模塊傳來 的實(shí)時(shí)直線位置P1P2，結(jié)合初始直線位置PltjP2。，計(jì)算得到被測(cè)桅桿系統(tǒng)2的實(shí)時(shí)扭轉(zhuǎn)角度
權(quán)利要求
1.基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于將兩個(gè)高 能激光器以一定間距固定在被測(cè)桅桿系統(tǒng)最頂部，使其發(fā)出的激光束分別照射在置于底座 的成像板上，形成兩個(gè)圓形光斑；同時(shí)采用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集成像板上的圖像，提取圖 像中兩個(gè)光斑的中心位置；在被測(cè)桅桿系統(tǒng)升降過程中，兩個(gè)高能激光器隨被測(cè)桅桿系統(tǒng) 一起發(fā)生扭轉(zhuǎn)，通過高速攝像機(jī)記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉(zhuǎn)過程中的實(shí)時(shí)直線位 置，計(jì)算得到被測(cè)桅桿系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角度；設(shè)計(jì)方案中采用無線模塊作為數(shù)據(jù)傳輸方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于所述的設(shè)計(jì)方法可用于偵察車的桅桿系統(tǒng)上，還可以用于類似的高精度角度 測(cè)試中。
3.基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置，其特征在于包括測(cè)試端和監(jiān)控計(jì) 算機(jī)；測(cè)試端包括測(cè)試臺(tái)底座、成像板、第一高能激光器、第二高能激光器、激光器供電控制 模塊、面陣攝像機(jī)、嵌入式圖像處理系統(tǒng)和可充電電池；其中，激光器供電控制模塊包括帶 無線接收功能的供電電路和無線遙控裝置。上述各部分之間的連接關(guān)系為第一高能激光器和第二高能激光器通過伸出的支桿固 定于被測(cè)桅桿系統(tǒng)的頂部，激光器供電控制模塊的供電電路置于支桿上或被測(cè)桅桿系統(tǒng)頂 部、通過信號(hào)線與第一高能激光器和第二高能激光器連接；成像板通過支架平行于測(cè)試臺(tái) 底座放置、且與測(cè)試臺(tái)底座相隔一定距離；面陣攝像機(jī)、可充電電池、嵌入式圖像處理系統(tǒng) 固定在測(cè)試臺(tái)底座上；嵌入式圖像處理系統(tǒng)與面陣攝像機(jī)相連，可充電電池分別與面陣攝 像機(jī)和嵌入式圖像處理系統(tǒng)相連；監(jiān)控計(jì)算機(jī)與測(cè)試端通過無線模塊傳輸結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置，其特征在 于所述的成像板為平板結(jié)構(gòu)，采用漫反射性能較好的透光而不透明的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置，其特征在 于所述的面陣攝像機(jī)置于成像板正下方中心位置，鏡頭豎直朝上，用于拍攝成像板的圖 像；通過調(diào)整其與成像板的間距及自身位置，使成像板面充滿面陣攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置，其特征在 于所述的第一高能激光器和第二高能激光器，以一定間距安置在被測(cè)桅桿系統(tǒng)頂部、與被 測(cè)桅桿垂直的支桿上；其發(fā)射端豎直向下安裝，發(fā)出的激光束分別照射到成像板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置，其特征在 于為了節(jié)電和減少電纜連線，所述的激光器供電控制模塊通過無線遙控裝置控制供電電 路以遙控第一高能激光器和第二高能激光器的供電電源通斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高速攝像機(jī)的桅桿系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試裝置及設(shè)計(jì)方法，屬于圖像測(cè)試領(lǐng)域。將兩個(gè)高能激光器以一定間距固定在被測(cè)桅桿系統(tǒng)最頂部，其發(fā)出的激光束分別照射在置于底座的成像板上，形成兩個(gè)圓形光斑；同時(shí)采用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集成像板上的圖像，提取圖像中兩個(gè)光斑的中心位置；在被測(cè)桅桿系統(tǒng)升降過程中，兩個(gè)高能激光器隨被測(cè)桅桿系統(tǒng)一起發(fā)生扭轉(zhuǎn)，通過高速攝像機(jī)記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉(zhuǎn)過程中的實(shí)時(shí)直線位置，計(jì)算得到被測(cè)桅桿系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明解決了偵察車中桅桿升降系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試的問題，具有精度高、實(shí)時(shí)性好，節(jié)電和減少電纜連線的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102032879SQ20101051017
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者李靜, 汪首坤, 沈偉, 王軍政, 趙江波, 馬立玲 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)