专利名称：摆动喷管的摆动角度的测量系统及摆动角度的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种角度测量技术，具体设计到一种摆动喷管的摆动角度的测量技术。
背景技术：
现有技术中，在未装配状态下的喷管转角测量中，可以通过在喷管上安置位移传感器或者加速度传感器等方式实现测量，此时需要较大尺寸的工装设备辅助。但当喷管处于装配完整状态时，受空间限制，喷管显然无法使用工装设备，从而无法使用接触式传感
ο
发明内容
为了实现对装配完成的喷管的摆动角度的测量，本发明设计了一种摆动喷管的摆动角度的测量系统及摆动角度的测量方法。本发明所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统包括图像采集装置和图像处理计算机，所述图像采集装置用于连续采集待测尾喷管的图像信息，并将采集到的图像信息发送给图像处理计算机，所述图像处理计算机用于将接收到的图像信息进行处理，并根据连续采集的图像信息获得待测尾喷管的摆角信息。所述图像采集设备可以采用CXD高速相机实现。所述图像处理计算机中嵌入有图像处理模块，该图像处理模块用于将接收到的图像信息进行处理，并根据连续采集的图像信息获得待测尾喷管的摆角信息；所述图像处理模块包括图像获取单元、图像处理单元、人机界面单元模块和接口传输单元，其中图像获取单元，用于通过接口传输单元读取图像采集装置发送的连续的图像信息，还用于将读取的连续的图像信息依次发送给图像处理单元；图像处理单元，用于对接收到的多幅图像信息进行处理，进而获得待测尾喷管的运动角度，还用于将获得的运动角度信息发送给人机界面单元；人机界面单元，用于实现操作者与硬件系统的命令及信息交互，还用于显示输出接收到的运动角度信息；接口传输单元，用于实现图像处理计算机与外部硬件系统之间的数据传输。本发明所述的摆动角度的测量方法包括如下步骤首先执行对测量系统进行标定的步骤，然后开始测量尾喷管的摆动角度的步骤， 该步骤为下述两个步骤循环执行采集尾喷管的图像的步骤；根据采集的图像计算获得此刻待测尾喷管的摆动角度的步骤。在上述执行对测量系统进行标定的步骤之前，将图像采集装置通过卡具与装有待测尾喷管的设备固定连接在一起。
所述对测量系统进行标定的步骤进一步包括
基准圆的绘制步骤使图像采集装置采集图像，并在该幅图像的中心位置画出一个圆心标记；以上述圆心标记为圆心绘制一个圆作为基准圆，并保证所述待测尾喷管的全部图像均位于该基准圆内；以此基准圆所在平面为图像采集装置的镜头所在平面，然后执行尾喷管图像采集的步骤；
尾喷管图像采集的步骤图像采集装置采集待测尾喷管的图像，然后执行拟合圆的绘制步骤；
拟合圆的绘制步骤摄取该幅图像中的待测尾喷管的图像信息，采用圆拟合算法拟合出所述图像信息中待测尾喷管的圆轮廓、以及该圆轮廓的圆心和半径，并根据计算结果在该图像中绘制出拟合圆，定义该拟合圆所属的平面为待测尾喷管所在平面，然后执行判断步骤；
判断步骤判断所述图像中的原轮廓和基准圆的圆心是否重合、半径是否相等，当两个条件都满足时，标定完成；如果有任意一个条件不满足，则调整图像采集装置的镜头的摄像角度，返回执行尾喷管图像采集的步骤，直到两个条件都满足为止。
所述根据采集的图像计算获得此刻待测尾喷管的摆动角度的步骤的包括下述步骤
尾喷管识别的步骤、尾喷管定位的步骤和摆动角度计算的步骤，其中
尾喷管识别的步骤为通过边缘检测，识别待测尾喷管是否出现在图像中；
尾喷管定位的步骤为通过模版匹配的方法获得待测尾喷管的初步位置；然后通过最小二乘法对获得的初步位置进行修改，实现精确定位，获得尾喷管的最终位置；
摆动角度计算的步骤为根据尾喷管的最终位置计算获得此时尾喷管的摆动角度。
本发明所述的摆动喷管的摆动角度测量系统的能够测量喷管的摆动角度的方向范围达到了单轴士5. 5° ；角度测量结果以Y、Z单轴对应角度显示，测量精度不低于士0. 3° ；采样速率不小于50Hz ；能够实现对采集的数据进行初步实时处理，并实时显示运动方向及角度数值、同时描绘出运动轨迹。
本发明所述的摆动喷管的摆动角度测量系统能够综合测试摆动喷管的摆动角度， 进而给喷管控制系统提供精确的测量信息，使得摆动喷管的动作能够与指令保持一致，达到规定要求。
图1是待测量的喷管截面示意图，图2是本发明所述的PC-Based视觉系统的原理框图，图3是具体实施方式
五中所述的被搜索图S的示意图，图4是模板示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统包括图像采集装置和图像处理计算机，所述图像采集装置用于连续采集待测尾喷管的图像信息，并将采集到的图像信息发送给图像处理计算机，所述图像处理计算机用于将接收到的图像信息进行处理，并根据连续采集的图像信息获得待测尾喷管的摆角信息。
所述图像采集装置一般采用三角架固定，可使图像采集装置的的镜头方向在三维空间内以任意自由度向任意方向调整。本实施方式中的图像采集装置的图像分辨率不低于IOMX IOM、图像采集速率不低于50fps。本实施方式中，图像采集设备采用CCD高速相机实现，例如，可以采用型号为 Adimec公司Opal 1000系列相机，该相机具有GigE Vision接口，可直接通过千兆以太网口直接连接到计算机。在测量过程中，将图像采集装置通过卡具与装有待测尾喷管的设备固定连接在一起，进而保证在测量过程中，待测尾喷管与图像采集装置之间的相对位置稳定，便于图像采集装置的标定，提高测量精度。本实施方式所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统可以采用基于PC-Based视觉系统实现，该系统的原理框图参见图2所示，该系统中，采用摄像机对尾喷管进行图像采集，采集的图像数据经采集卡传输至图像处理计算机，并存储至存储器，由图像处理计算机上运行的图像处理模块实时完成图像的处理及角度的测算，或者在所有图像采集完成后对图像数据进行处理及角度的测算。由于PC-Based视觉系统可以在图像采集之后对数据进行处理，从而可以计算复杂度高但精度也较高的图像处理算法，从而提高测量精度，且由于采用存储器对图像数据进行了存储，方便历史测试信息的查询。上述PC-Based视觉系统中，可以采用大容量内存实现图像数据的存储。在该方案中，图像数据通过安装于图像处理计算机中的图像采集卡直接存储至图像处理计算机中，或者通过GigE接口和1000M网卡直接存储至图像处理计算机的内存中， 在内存中进行图像处理后，可以转储至图像处理计算机的硬盘中。上述系统中，图像处理计算机的其CPU性能不低于酷睿II 2. 4GHz ；内存不低于 IG ；硬盘不低于500G ；并且配有10M/100M/1000M自适应标准网卡，可选择工控机实现。上述系统中，图像处理计算中的图象处理模块是实现对图像采集装置获取的图像信息进行处理及角度的测算，该图像处理模块包括图像获取单元、图像处理单元、人机界面单元模块和接口传输单元；图像获取单元，用于通过接口传输单元读取图像采集装置发送的连续的图像信息，还用于将读取的连续的图像信息依次发送给图像处理单元；图像处理单元，用于对接收到的多幅图像信息进行处理，进而获得待测尾喷管的运动角度，还用于将获得的运动角度信息发送给人机界面单元；人机界面单元，用于实现操作者与硬件系统的命令及信息交互，还用于显示输出接收到的运动角度信息；接口传输单元，用于实现图像处理计算机与外部硬件系统之间的数据传输。上述图像处理模块采用软件实现，编辑该模块的过程中可以采用Sapera Processing, Sapera是一套用于图像处理与分析的高度优化的软件编程库，该软件编程库包括用于滤波、形态分析、点对点操作、几何分析、变换和测量的图像处理库，以及能进行模式匹配、字符识别、条形码和Blob分析的高级图像分析工具集。所述快速原型开发工具Sapera Processing是用于图像处理与分析的基于 Windows的综合编程库，旨在简化视觉应用的开发过程。Sapera I^rocessing提供一个综合的优化工具集，可作为套件使用，也可单独使用。虽然Sapera I^rocessing针对DALSA Coreco生产的板卡进行了优化，但它独立于硬件以外，可以移植到第三方平台上。Sapera 使用高性能的C++类和MMX、SSE (流式SIMD扩展)以及SSE2，以满足当前的图像处理系统复杂的操作要求。
具体实施方式
二 本实施方式是对具体实施方式
一所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统的中的图像采集装置作进一步限定，本实施方式中所述的图像采集装置由辅助光源和摄像设备组成，所述摄像设备采用带有高速图像传输接口的图像采集设备实现，所述摄像设备通过该高速图像传输接口与图像处理计算机连接；所述辅助光源用于照射待测尾喷管，给摄像设备提供辅助光源。
由于喷管视场比较大，且喷管运动速度较高，因此在摄像时视场内的亮度对图像质量影响比较大，因此需要辅助光源对摄像设备的视场区域进行补光，进而为图像系统提供稳定且易突出图像特征的照明。
本实施方式中所述的辅助光源，可以采用一对光源实现，所述一对光源对称摆放在待测尾喷管的两侧，保证摄像设备摄像区域的光源分布均勻。所述辅助光源可以采用LED 光源实现。
所述摄像设备的镜头是摄像设备的关键部件，对其的选择直接影响摄像设备取图像的质量。
所述摄像设备的镜头的焦距是根据实际测量物体的大小远近来确定的，一般情况，镜头的焦距可根据如下公式来计算，
f = wD/ff
式中f表示镜头焦距，w表示被摄物体在CCD靶面上的成像宽度，W表示被测物体的实际宽度，D表示被摄物体至镜头的距离。
例如，当视场W取650mm，摄取图像采用的工业相机使用了 1/2” CXD (6. 4*4. 8)，考虑CXD尺寸较小方向，因此w取4. 8mm，物距D可选取1300mm，此时根据焦距计算公式可算出镜头焦距由公式计算获得为
权利要求
1.摆动喷管的摆动角度的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括图像采集装置和图像处理计算机，所述图像采集装置用于连续采集待测尾喷管的图像信息，并将采集到的图像信息发送给图像处理计算机，所述图像处理计算机用于将接收到的图像信息进行处理，并根据连续采集的图像信息获得待测尾喷管的摆角信息。
2.根据权利要求1所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统，其特征在于，图像采集设备采用CCD高速相机实现。
3.根据权利要求1所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统，其特征在于，所述图像处理计算机中嵌入有图像处理模块，该图像处理模块用于将接收到的图像信息进行处理，并根据连续采集的图像信息获得待测尾喷管的摆角信息；所述图像处理模块包括图像获取单元、图像处理单元、人机界面单元模块和接口传输单元，其中图像获取单元，用于通过接口传输单元读取图像采集装置发送的连续的图像信息，还用于将读取的连续的图像信息依次发送给图像处理单元；图像处理单元，用于对接收到的多幅图像信息进行处理，进而获得待测尾喷管的运动角度，还用于将获得的运动角度信息发送给人机界面单元；人机界面单元，用于实现操作者与硬件系统的命令及信息交互，还用于显示输出接收到的运动角度信息；接口传输单元，用于实现图像处理计算机与外部硬件系统之间的数据传输。
4.根据权利要求1所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统，其特征在于，所述的图像采集装置由辅助光源和摄像设备组成，所述摄像设备采用带有高速图像传输接口的图像采集设备实现，所述摄像设备通过该高速图像传输接口与图像处理计算机连接；所述辅助光源用于照射待测尾喷管，给摄像设备提供辅助光源。
5.采用权利要求1所述的摆动喷管的摆动角度的测量系统实现摆动角度的测量方法， 其特征在于，所述测量过程包括如下步骤首先执行对测量系统进行标定的步骤，然后开始测量尾喷管的摆动角度的步骤，该步骤为下述两个步骤循环执行采集尾喷管的图像的步骤；根据采集的图像计算获得此刻尾测尾喷管的摆动角度的步骤。
6.根据权利要求5所述的摆动角度的测量方法，其特征在于，在执行对测量系统进行标定的步骤之前，将图像采集装置通过卡具与装有待测尾喷管的设备固定连接在一起。
7.根据权利要求5所述的摆动角度的测量方法，其特征在于，对测量系统进行标定的步骤进一步包括基准圆的绘制步骤使图像采集装置采集图像，并在该幅图像的中心位置画出一个圆心标记；以上述圆心标记为圆心绘制一个圆作为基准圆，并保证所述待测尾喷管的全部图像均位于该基准圆内；以此基准圆所在平面为图像采集装置的镜头所在平面，然后执行尾喷管图像采集的步骤；尾喷管图像采集的步骤图像采集装置采集待测尾喷管的图像，然后执行拟合圆的绘制步骤；拟合圆的绘制步骤摄取该幅图像中的待测尾喷管的图像信息，采用圆拟合算法拟合出所述图像信息中待测尾喷管的圆轮廓、以及该圆轮廓的圆心和半径，并根据计算结果在该图像中绘制出拟合圆，定义该拟合圆所属的平面为待测尾喷管所在平面，然后执行判断步骤；判断步骤判断所述图像中的原轮廓和基准圆的圆心是否重合、半径是否相等，当两个条件都满足时，标定完成；如果有任意一个条件不满足，则调整图像采集装置的镜头的摄像角度，返回执行尾喷管图像采集的步骤，直到两个条件都满足为止。
8.根据权利要求5所述的摆动角度的测量方法，其特征在于，根据采集的图像计算获得此刻尾测尾喷管的摆动角度的步骤的包括下述步骤尾喷管识别的步骤、尾喷管定位的步骤和摆动角度计算的步骤，其中尾喷管识别的步骤为通过边缘检测，识别待测尾喷管是否出现在图像中；尾喷管定位的步骤为通过模版匹配的方法获得待测尾喷管的初步位置；然后通过最小二乘法对获得的初步位置进行修改，实现精确定位，获得尾喷管的最终位置；摆动角度计算的步骤为根据尾喷管的最终位置计算获得此时尾喷管的摆动角度。
9.根据权利要求8所述的摆动角度的测量方法，其特征在于，所述边缘检测采用Carmy 边缘检测器实现。
10.根据权利要求8所述的摆动角度的测量方法，其特征在于，所述摆动角度计算的步骤为首先根据像素当量将偏转像素数转换为物理距离，然后利用固定锥点高度和反正切公式确定偏转角度。
全文摘要
摆动喷管的摆动角度的测量系统及摆动角度的测量方法，涉及一种角度测量技术，具体设计到一种摆动喷管的摆动角度的测量技术。它实现了对装配完成的喷管的摆动角度的测量。测量系统中的图像采集装置用于连续采集待测尾喷管的图像信息，并将采集到的图像信息发送给图像处理计算机，图像处理计算机用于将接收到的图像信息进行处理，并根据连续采集的图像信息获得待测尾喷管的摆角信息。测量方法中，首先执行对测量系统进行标定的步骤，然后开始测量尾喷管的摆动角度的步骤，该步骤为下述两个步骤循环执行一、采集尾喷管的图像的步骤；二、根据采集的图像计算获得此刻待测尾喷管的摆动角度的步骤。本发明适用于对装配完成的喷管的摆动角度的测量。
文档编号G01C1/00GK102494663SQ20111038211
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者吕东明, 朱瑾, 李金波, 秦建尊, 邵云峰, 顾彬彬 申请人:北京电子工程总体研究所