多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，包括至少两个以上的光电测角机构、摄像机、图像采集卡、计算机，在一固定点上架设所述的光电测角机构，并在所述光电测角机构的瞄准望远镜上安装摄像机，并使所述摄像机的光轴中心与所述光电测角机构的光轴中心一致，将所述摄像机的镜头对准预先估计的目标高度并固定，当空中目标运动时录制整个运动过程并记录当时的测量机械角度值，所述光电测角机构进行多摄像机交汇测量，计算出空中目标的所有像元的精确坐标，通过多摄像机或其它图像拍摄装置将目标转换成图像信号，经图像采集卡采集，然后转变成数字化信号传送给计算机，计算机再传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，进行各种运算来抽取目标的特征，根据预设的容许度和其他条件输出判断结果。
【专利说明】多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量【技术领域】，具体涉及一种多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形
测量装置。
【背景技术】
[0002]以往我们的测量方法是完全以标杆和目测的形式进行，存在精度差，效率低、不安全、操作难的问题。同时对于危险系数比较大的升空类产品所涉及到的另一个重要安全指标-高度，如何准确的测量出它的值，目前还没有科学的测量方法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种测量误差小，效率高、安全易操作的多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置。
[0004]本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005]一种多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，它由硬件和软件部分组成，硬件部分由多套光电测量系统(测角机构、CCD摄像机)、图像采集卡、计算机、有线(无线)通信及附件组成；软件部分由测量模型、图像获取模块、目标背景提取模块、目标边缘检测定位模块和目标轨迹判定模块组成。
[0006]本装置是在多个固定点上架设光电测量系统(其由光电测角机构上安装CCD摄像机，并使CCD摄像机的光轴中心与光电测角机构的光轴中心一致，将摄像机镜头对准预先估计的空中目标的高度并固定，当空中目标出现时录制整个空中目标运动过程图像并记录布站时的俯仰角度值；利用CCD摄像机对高速运动中的目标进行采拍，然后利用计算机技术及图像处理知识对采集的图像图片化分析处理，得到有用的特征像素信息。本装置使用光电测角机构进行多角度高速摄像机交汇测量，计算出空中目标的边缘轮廓的精确坐标，进而可得到空中柔性体目标瞬态的中心位置与外形尺寸,这种方法对空间运动柔性体瞬态外形非接触测量精度较高，较为方便。
[0007]本装置首先通过CXD摄像机或其它图像拍摄装置将目标转换成图像信号，然后转变成数字化信号传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，进行各种运算来抽取目标的特征，根据预设的容许度和其他条件输出判断结果。本发明具有测量简便、直观明了、测量结果数据科学可靠等优点。
[0008]本装置适用于在空中自由运动的刚性或柔性体目标的瞬时中心位置或外形测量，可用于飞行中的弹丸、烟雾、气球、飞艇、升空烟花、风筝、飞机等目标的中心位置或外形测量。
[0009]本装置能更灵活、更自主地适应所处的测量环境，以满足诸如航天、军事、工业生产中日益增长的需要，例如，在航天及军事领域对于局部自主性的需要，在柔性生产方式中对于自动定位与装配的需要，在微电子工业中对于显微结构的检测及精密加工的需要等。
[0010]本发明的有益效果是:[0011]1、本发明采用正交布站交汇测量的方法，从而对空中目标的高度实现快速测量，操作方便，测量精度高，大大减少因人为原因造成的误差。
[0012]2、通过利用高速CXD摄像机对高速运动中的目档运动进行采拍，然后利用计算机技术及图像处理知识对采集的图片进行分析研究，得到有用信息启示。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明方框原理示意图；
[0014]图2为本发明交汇测量原理图；
[0015]图3为本发明CXD测量的操作流程图；
[0016]图4为本发明拍摄图像的坐标系；
[0017]图5为本发明成像原理图；
[0018]图6为本发明多视角空间运动柔性体瞬时外形测量原理图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0020]参见图1、图6，一种多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，包括至少两个以上的光电测角机构、摄像机、图像采集卡、计算机，在一固定点上架设所述的光电测角机构，并在所述光电测角机构的瞄准望远镜上安装摄像机，并使所述摄像机的光轴中心与所述光电测角机构的光轴中心一致，将所述摄像机的镜头对准预先估计的目标高度并固定，当空中目标运动时录制整个运动过程并记录当时的测量机械角度值，所述光电测角机构进行多摄像机交汇测量，计算出空中目标的所有像元的精确坐标，通过多摄像机或其它图像拍摄装置将目标转换成图像信号，经图像采集卡采集，然后转变成数字化信号传送给计算机，计算机再传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，进行各种运算来抽取目标的特征，根据预设的容许度和其他条件输出判断结果。由于多摄像机精度高，系统复杂，下面仅从最简单的二 CCD测量交汇测量进行介绍。
[0021]一、摄像机的布置方式
[0022]如图3所示，首先根据实际测量的高度判断出正交布站中两C⑶摄像机的位置，由测量高度确定CCD摄像机与被测物的距离并保持夹角为45度。当两CCD摄像机的位置点选好之后，调整CCD摄像机的焦距使其成像清晰并保持在同一水平面上，使CCD摄像机的光轴与测量仪中轴线保持平行。调节测量仪的仰角得出CCD摄像机的仰角。一般尽可能使测量点在二 CXD摄像机的交汇区域中心部分或CXD摄像机的光轴附近。控制二 CXD摄像机同时采集并保持同步，两台计算机获得的图像由主控计算机进行处理，所获得的图像转化成图片格式，并从中找出同名点，然后计算机程序自主运行算出高度和偏移角，最后通过数学模型三角形计算算出该点的三维坐标。
[0023]布站要求
[0024](I)坐标设置以正交布站为主；
[0025](2)高低角度以最大高程的中点为主。
[0026]二、通过交汇测量计算出空中目标的精确坐标[0027]如图2所示，根据交汇原理，两台面阵CXD摄像机的物镜中心分别为O1和02，O1 O2之间的距离为d。
[0028]假设两台CXD摄像机的基准线为水平线，两光轴相交于一点M，以左边摄像机的物镜中心O1为原点，O1指向O2的方向为X1轴，过O1点指向上方为Y1轴，Z1轴在水平面内与X1垂直，且O1X1Y1Z1符合右手定理。点M在水平面O1X1Z1内的投影为M，，两台摄像机的仰角分别为Φ1、Φ 2，方位角分别为α 1、α 2°在摄像机O1拍摄的图像上建立二维坐标系，见图4,以画幅中心为原点0ρ，水平方向为Χρ，垂直方向为M的成像点与原点Op重合。设M点在坐标系O1X1Y1Z1中的坐标M(Xm，Ym, Zm)，则由几何关系可知:
【权利要求】
1.一种多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，其特征在于:包括至少两个以上的光电测角机构、摄像机、图像采集卡、计算机，在一固定点上架设所述的光电测角机构，并在所述光电测角机构的瞄准望远镜上安装摄像机，并使所述摄像机的光轴中心与所述光电测角机构的光轴中心一致，将所述摄像机的镜头对准预先估计的目标高度并固定，当空中目标运动时录制整个运动过程并记录当时的测量机械角度值，所述光电测角机构进行多摄像机交汇测量，计算出空中目标的所有像元的精确坐标，通过多摄像机或其它图像拍摄装置将目标转换成图像信号，经图像采集卡采集，然后转变成数字化信号传送给计算机，计算机再传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色信息，进行各种运算来抽取目标的特征，根据预设的容许度和其他条件输出判断结果。
2.根据权利要求1所述的多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，其特征在于:所述摄像机为闻速CCD摄像机。
3.根据权利要求1所述的多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，其特征在于:所述图像处理系统为交换机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，其特征在于:用于在空中自由运动的刚性或柔性体目标的瞬时中心位置或外形测量。
5.根据权利要求4所述的多视角空间运动柔性体瞬时位置与外形测量装置，其特征在于:用于飞行中的弹丸、烟雾、气球、飞艇、升空烟花、风筝、飞机目标的中心位置或外形测量。
【文档编号】G01B11/00GK103884273SQ201310426158
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】林森, 汪龙余, 王道俊, 黄茶香, 朱玉平, 杨林, 巫绪康, 左维诚, 程文强, 盛道林 申请人:林森