基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置及設計方法
2023-11-03 03:03:42 4
專利名稱：基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置及設計方法
技術領域：
本發明涉及一種基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置及其設計方法，屬 於圖像測試技術領域。
背景技術：
桅杆升降系統在偵察車中具有重要作用，桅杆升降系統從最低上升到最高過程 中，由於桅杆導軌存在間隙或者結構變形等原因，在負重或風力的作用下，會存在一定的扭 轉變形角度，此參數為桅杆升降系統關鍵參數，直接關係到偵察系統的精度，因此如何高精 度測試這一扭轉角度至關重要。由於桅杆升降高度可達到近8m，並且在不同高度時的扭轉 角度也不同，因此該角度無法通過直接安裝角度傳感器測量，目前還沒有出現檢測該系統 扭轉角度的測試裝置。發明內容
本發明的目的是為了對桅杆系統扭轉角度進行測試，提出一種基於高速攝像機的 桅杆系統扭轉角度測試裝置及設計方法。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
一種基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置的設計方法為將兩個高能激 光器以一定間距固定在被測桅杆系統最頂部，使其發出的雷射束分別照射在置於底座的成 像板上，形成兩個圓形光斑；同時採用高速攝像機實時採集成像板上的圖像，提取圖像中兩 個光斑的中心位置；在被測桅杆系統升降過程中，兩個高能雷射器隨被測桅杆系統一起發 生扭轉，通過高速攝像機記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉過程中的實時直線位置，計 算得到被測桅杆系統的扭轉角度。本裝置的設計方案中採用無線模塊作為數據傳輸方式， 簡化安裝並提高了信號傳輸可靠性。
依據本發明所述的設計方法製作的桅杆系統扭轉角度測試裝置，包括測試端和監 控計算機。其中，測試端包括測試臺底座、成像板、兩個高能雷射器、雷射器供電控制模塊、 面陣攝像機、嵌入式圖像處理系統和可充電電池，用於完成測試過程中圖像拍攝及計算處理等任務。
監控計算機帶有無線模塊，用於接收測試端傳來的測試結果，並計算桅杆系統升 降過程中的實時扭轉角度，進行實時監控；其中的系統軟體用於計算機顯示、存儲、列印扭 轉角度測試性能指標。
測試臺底座用來放置成像板、面陣攝像機、嵌入式圖像處理系統和可充電電池，起 到固定作用。
兩個高能雷射器為第一高能雷射器和第二高能雷射器，以一定間距安置在被測桅 杆系統頂部與之垂直的支杆上。兩個高能雷射器的發射端豎直向下安裝，發出的雷射束分 別照射到成像板上形成圓形光斑。
雷射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高能雷射器的供電電源通斷，達到節電和減少電纜連線 的目的。
成像板為平板結構，採用漫反射性能較好的透光而不透明的材料，以保證雷射束 在成像板上形成較好的光斑。
面陣攝像機置於成像板正下方中心位置，鏡頭豎直朝上，用於拍攝成像板的圖像； 通過調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的視場範圍。
嵌入式圖像處理系統由嵌入式圖像處理板和無線模塊組成，用於實時採集、處理 面陣攝像機的圖像，並實時計算出兩個光斑的中心位置，進而得到由兩個光斑中心確定的 直線位置，同時由無線模塊將測試結果發送到監控計算機。
可充電電池為面陣攝像機和嵌入式圖像處理系統供電。
測試裝置各部分之間的連接關係為第一高能雷射器和第二高能雷射器通過伸出 的支杆固定於被測桅杆系統的頂部，雷射器供電控制模塊的供電電路置於支杆上或被測桅 杆系統頂部、通過信號線與第一高能雷射器和第二高能雷射器連接；成像板通過支架平行 於測試臺底座放置、且與測試臺底座相隔一定距離；面陣攝像機、可充電電池、嵌入式圖像 處理系統固定在測試臺底座上。嵌入式圖像處理系統與面陣攝像機相連，可充電電池分別 與面陣攝像機和嵌入式圖像處理系統相連。監控計算機與測試端通過無線模塊傳輸結果。
本發明的測試裝置的具體測試步驟如下
步驟1，在桅杆系統升降前開啟測試端，由雷射器供電控制模塊的無線遙控裝置控 制雷射器供電控制模塊的供電電路打開兩個高能雷射器。
步驟2，在步驟1之後、桅杆系統升降前，通過面陣攝像機採集圖像並傳輸到嵌入 式圖像處理系統，得到兩個光斑的中心位置，並由兩個光斑中心確定初始直線位置，並由嵌 入式圖像處理系統通過無線模塊將測試結果發送到監控計算機。
步驟3，桅杆系統在升降過程中，通過面陣攝像機實時採集成像板圖像並傳輸到嵌 入式圖像處理系統，得到兩個光斑的中心位置，再由兩個光斑中心確定實時直線位置，並由 嵌入式圖像處理系統通過無線模塊將測試結果發送到監控計算機進行實時監控。
步驟4，桅杆系統升降結束後，監控計算機根據步驟2和步驟3中無線模塊傳來的 實時直線位置，結合初始直線位置，計算得到桅杆系統的實時扭轉角度。
有益效果
本發明提出的設計方法和製作的測試裝置解決了偵察車中桅杆升降系統的扭轉 角度測試的問題，具有以下優點
(1)採用高速面陣攝像機可實時檢測不同高度時桅杆系統的扭轉角度，誤差小、精度高；
(2)裝置中採用了多個無線模塊以進行實時數據和信號傳輸，操作者可遙控裝置， 還可立刻看到測試結果，實時性好，具有節電和減少電纜連線的優點；
(3)通過測試得到的實時扭轉角度可以校正桅杆系統的參數，以提高整個偵察系 統的精度。
本發明的設計方法不僅可以適用於偵察車的桅杆系統上，還可以應用於類似的高 精度角度測試中。
圖1為本發明的具體實施方式
中基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置 的示意圖2為本發明的具體實施方式
中基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置 的成像板圖像示意圖。
標號說明
1-測試臺底座，2-被測桅杆系統，3-成像板，4-第一支架，5-第二支架，6_嵌入式 圖像處理系統，7-面陣攝像機，8-可充電電池，9-第一高能雷射器，10-第二高能雷射器， 11-支杆，12-雷射器供電控制模塊的供電電路，13-雷射器供電控制模塊的無線遙控裝置， 14-監控計算機。
具體實施方式
為更好地說明本發明的目的及優點，下面結合附圖及桅杆系統扭轉角度測試實例 來進一步說明。
本發明所述的基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置的設計方法為將兩 個高能雷射器以一定間距固定在被測桅杆系統最頂部，其發出的雷射束分別照射在置於底 座的成像板上，形成兩個圓形光斑；同時採用高速攝像機實時採集成像板上的圖像，提取圖 像中的兩個光斑的中心位置；在被測桅杆系統升降過程中，兩個高能雷射器隨被測桅杆系 統一起發生扭轉，通過高速攝像機記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉過程中的實時直線 位置，計算得到被測桅杆系統的扭轉角度。本裝置的設計方案中採用無線模塊作為數據傳 輸方式，簡化安裝並提高了信號傳輸可靠性。
本實施例用本發明的測試裝置測量偵察車的被測桅杆系統2的扭轉角度。如圖1 所示，依據本發明所述的設計方法製作的測試裝置由測試端和監控計算機14組成。測試端 包括測試臺底座1，成像板3，面陣攝像機7，可充電電池8，第一高能雷射器9，第二高能雷射 器10，雷射器供電控制模塊(包括供電電路12和無線遙控裝置1 、嵌入式圖像處理系統 6。
成像板3是尺寸為600mm X 400mm的四邊形鋼架結構，與測試臺底座1相距 1000mm，通過第一支架4和第二支架5平行於測試臺底座1放置。面陣攝像機7位於成像 板3中心的正下方位置。第一高能雷射器9和第二高能雷射器10間距200mm安裝在桅杆 系統頂部伸出的支杆11上，並且第一高能雷射器9和第二高能雷射器10發射的雷射束照 射在成像板3的中間部分，避免扭轉過程中光斑超出成像板面。雷射器供電控制模塊的供 電電路12置於支杆11上。可充電電池8和嵌入式圖像處理系統6均置於測試平臺底座1 上，位於成像板3的下方。面陣攝像機7的解析度為1400X10M像素，幀頻為110幀/秒， 曝光時間為μ s級，鏡頭焦距為4mm，其數據接口方式均為高速通訊接口。嵌入式圖像處理 系統6可通過通訊接口實時得到面陣攝像機7採集的圖像。面陣攝像機7和嵌入式圖像處 理系統6均由可充電電池8供電。
將本發明的測試裝置在室內常溫環境中進行測試，其工作過程如下
步驟1，在桅杆系統升降前開啟測試端的設備，由雷射器供電控制模塊的無線遙控 裝置13控制雷射器供電控制模塊的供電電路12打開第一高能雷射器9和第二高能雷射器10。
步驟2，在步驟1之後、桅杆系統升降前，通過面陣攝像機7採集圖像並傳輸到嵌入 式圖像處理系統6，得到兩個初始光斑的中心位置Pltj (Pl0x, Pl0y)和P2。(P2ox, P2oy)，並由兩個 初始光斑中心確定初始直線位置PltjP2。，斜率kQ = (P20y-Pl0y) / (Ρ20χ-Ρ 0χ)，並由嵌入式圖像 處理系統6通過無線模塊將測試結果發送到監控計算機14。
步驟3，桅杆系統在升降過程中，通過面陣攝像機7實時採集成像板圖像並傳輸到 嵌入式圖像處理系統6，得到兩個實時光斑的中心位置P1 (PlX，Pl7) ^P P2 (P2x, P2y)，再由兩 個光斑中心確定實時直線位置P1P2，斜率k = (P2y-Piy)/(P2x-PlX)，並由嵌入式圖像處理系 統6通過無線模塊將測試結果發送到監控計算機14進行實時監控。
步驟4，桅杆系統升降結束後，監控計算機14根據步驟2和步驟3中無線模塊傳來 的實時直線位置P1P2，結合初始直線位置PltjP2。，計算得到被測桅杆系統2的實時扭轉角度
權利要求
1.基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置的設計方法，其特徵在於將兩個高 能雷射器以一定間距固定在被測桅杆系統最頂部，使其發出的雷射束分別照射在置於底座 的成像板上，形成兩個圓形光斑；同時採用高速攝像機實時採集成像板上的圖像，提取圖 像中兩個光斑的中心位置；在被測桅杆系統升降過程中，兩個高能雷射器隨被測桅杆系統 一起發生扭轉，通過高速攝像機記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉過程中的實時直線位 置，計算得到被測桅杆系統的扭轉角度；設計方案中採用無線模塊作為數據傳輸方式。
2.根據權利要求1所述的基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置的設計方法， 其特徵在於所述的設計方法可用於偵察車的桅杆系統上，還可以用於類似的高精度角度 測試中。
3.基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置，其特徵在於包括測試端和監控計 算機；測試端包括測試臺底座、成像板、第一高能雷射器、第二高能雷射器、雷射器供電控制 模塊、面陣攝像機、嵌入式圖像處理系統和可充電電池；其中，雷射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係為第一高能雷射器和第二高能雷射器通過伸出的支杆固 定於被測桅杆系統的頂部，雷射器供電控制模塊的供電電路置於支杆上或被測桅杆系統頂 部、通過信號線與第一高能雷射器和第二高能雷射器連接；成像板通過支架平行於測試臺 底座放置、且與測試臺底座相隔一定距離；面陣攝像機、可充電電池、嵌入式圖像處理系統 固定在測試臺底座上；嵌入式圖像處理系統與面陣攝像機相連，可充電電池分別與面陣攝 像機和嵌入式圖像處理系統相連；監控計算機與測試端通過無線模塊傳輸結果。
4.根據權利要求3所述的基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置，其特徵在 於所述的成像板為平板結構，採用漫反射性能較好的透光而不透明的材料。
5.根據權利要求3所述的基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置，其特徵在 於所述的面陣攝像機置於成像板正下方中心位置，鏡頭豎直朝上，用於拍攝成像板的圖 像；通過調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的視場範圍。
6.根據權利要求3所述的基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置，其特徵在 於所述的第一高能雷射器和第二高能雷射器，以一定間距安置在被測桅杆系統頂部、與被 測桅杆垂直的支杆上；其發射端豎直向下安裝，發出的雷射束分別照射到成像板上。
7.根據權利要求3所述的基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置，其特徵在 於為了節電和減少電纜連線，所述的雷射器供電控制模塊通過無線遙控裝置控制供電電 路以遙控第一高能雷射器和第二高能雷射器的供電電源通斷。
全文摘要
本發明涉及一種基於高速攝像機的桅杆系統扭轉角度測試裝置及設計方法，屬於圖像測試領域。將兩個高能雷射器以一定間距固定在被測桅杆系統最頂部，其發出的雷射束分別照射在置於底座的成像板上，形成兩個圓形光斑；同時採用高速攝像機實時採集成像板上的圖像，提取圖像中兩個光斑的中心位置；在被測桅杆系統升降過程中，兩個高能雷射器隨被測桅杆系統一起發生扭轉，通過高速攝像機記錄下光斑確定的初始直線以及扭轉過程中的實時直線位置，計算得到被測桅杆系統的扭轉角度。本發明解決了偵察車中桅杆升降系統的扭轉角度測試的問題，具有精度高、實時性好，節電和減少電纜連線的優點。
文檔編號G01B11/26GK102032879SQ20101051017
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者李靜, 汪首坤, 沈偉, 王軍政, 趙江波, 馬立玲 申請人:北京理工大學