基于变视域目标搜索的双目测量装置及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于图像处理的测量机构，特别是涉及一种基于变视域目标搜索的双目测量装置。
【背景技术】
[0002]随着电子技术、信号处理技术的发展，视觉测量作为一种非接触式的高精度测量方法已在科研及工业生产中得到了广泛应用。视觉测量已从最初的单目测量向双目测量发展，但现有的双目测量机构应用环境相对单一、结构比较复杂、成本较高，且由于存在串联累积误差测量精度较低，不利于工业现场的应用及推广。因此，设计一种结构简单、成本低廉、适用面广且精度较高的通用双目测量机构不仅是科技发展的必然趋势，更是工业生产的迫切需求，具有非常重要的研究价值及现实意义。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的是:
提供一种能对待测目标进行高精度、大范围搜索的双目测量装置本发明的技术方案是:
设计一种基于变视域目标搜索的双目测量装置，包括水平导轨以及设置在水平导轨上的第一 (XD摄像机和第二 (XD摄像机,第一 (XD摄像机、第二 (XD摄像机分别通过第一固定板、第二固定板设在水平导轨上，第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机关于导轨中心对称分布,第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机下部还分别设有第一同步带轮和第二同步带轮,第一固定板和第二固定板上分别设有第三同步带轮和第四同步带轮，第一同步带轮和第三同步带轮之间通过第一同步带连接，第二同步带轮和第四同步带轮之间通过第二同步带连接，第三同步带轮和第四同步带轮分别由第一步进电机和第二步进电机驱动。
[0004]进一步地，所述水平导轨为同步带导轨，其由导轨基座以及设置在导轨基座上的的同步带轮组成，水平导轨上还设有伺服电机，所述第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机分别位于水平导轨的同步带的两侧。
[0005]进一步地,所述第一 (XD摄像机和第二 (XD摄像机通过同轴电缆与计算机连接，计算机还接有控制芯片STM32F104ZET，控制芯片STM32F104ZET输出端分别接有第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器以及伺服电机驱动器，第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器以及伺服电机驱动器的另一端还分别接有第一步进电机、第二步进电机、伺服电机。
[0006]进一步地，所述第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机皆采用型号为MVDC360SAM/GE60ST的千兆网双目立体相机。
[0007]如上所述的基于变视域目标搜索的双目测量装置的使用方法，包括以下步骤，(I)首先对第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机进行标定，调节基线长度，从不同角度、不同距离处拍摄若干张模板图像，通过第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机中同组图像的特定匹配及数字计算确定摄像机参数，并对安装误差进行相应补偿，完成测量装置的标定工作； (2)进行双目测量工作，第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机可以独立转动，并在空间搜索测量目标，当任一 CCD摄像机发现待测目标时，可以根据该CCD摄像机当前的转动角度信息，同时调节另一摄像机使待测目标的像尽量落在图像中央，若待测目标位于两台CCD摄像机连线附近则应调整导轨位置，使待测目标落在两摄像机的双目交叠区，通过双目基线长及摄像机参数即可测量目标距离两摄像机中心的距离。
[0008]本发明的有益效果是:1.采用伺服电机驱动的同步带导轨巧妙地实现了高精度的变基线操作，且利用同步带传动的特点保证了第一摄像机和第二摄像机在任意时刻的对称分布，摄像机转动部分所采用的减速同步带传动机构降低了摄像机转动的单位角度值，提高了转动角度测量精度，进而提高了待测目标的测量精度；2.广泛适用于多种利用双目视觉测量的场合，结构简单，没有累积误差，成本低廉，非常适合工业现场的应用与推广。
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0010]图1是第一 CXD摄像机及其转动部分主视图；
图2是第一 CCD摄像机及其转动部分俯视图；
图3是第二 CCD摄像机及其转动部分主视图；
图4是第二 CCD摄像机及其转动部分俯视图；
图5是双目测量机构主视图；
图6是双目测量机构俯视图；
图7是双目测量机构的控制信号原理图；
图8是双目测量机构的运动控制流程图；
图中标号的具体含义为:1.第一 C⑶摄像机，2.第一同步带，3.第一同步带轮，4.第一固定板，5.第二同步带轮,6第一步进电机,7.第二 (XD摄像机,8.第二同步带,9.第三同步带轮，10.第二固定板，11.第四同步带轮，12.第二步进电机，13.伺服电机，14.导轨基座，15同步带轮，16.带轮固定架。
【具体实施方式】
[0011]参见图1至图8，图中所示为一种基于变视域目标搜索的双目测量装置，包括水平导轨以及设置在水平导轨上的第一 CXD摄像机I和第二 CXD摄像机7，第一 CXD摄像机1、第二 CCD摄像机7分别通过第一固定板4、第二固定板10设在水平导轨上，第一 CCD摄像机I和第二 CXD摄像机7关于水平导轨中心对称分布，第一 CXD摄像机I和第二 CXD摄像机7下部还分别设有第一同步带轮3和第二同步带轮5，第一固定板4和第二固定板10上分别设有第三同步带轮9和第四同步带轮11，第一同步带轮3和第三同步带轮9之间通过第一同步带2连接,第二同步带轮5和第四同步带轮11之间通过第二同步带8连接,第三同步带轮9和第四同步带轮11分别由第一步进电机6和第二步进电机12驱动。
[0012]进一步地，所述水平导轨为同步带导轨，其由导轨基座14以及设置在导轨基座14上的的同步带轮15组成，同步带轮15通过带轮固定架16固定，水平导轨上还设有伺服电机13，第一 CXD摄像机I和第二 CXD摄像机7分别位于水平导轨的同步带的两侧。
[0013]进一步地，所述第一 CXD摄像机I和第二 CXD摄像机7通过同轴电缆与计算机连接，计算机还接有控制芯片STM32F104ZET，控制芯片STM32F104ZET输出端分别接有第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器以及伺服电机驱动器，第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器以及伺服电机驱动器的另一端还分别接有第一步进电机6、第二步进电机12、伺服电机13。
[0014]进一步地，所述第一 CXD摄像机I和第二 CXD摄像机7皆采用型号为MVDC360SAM/GE60ST的千兆网双目立体相机。
[0015]如上所述的基于变视域目标搜索的双目测量装置的使用方法，包括以下步骤，(I)首先对第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机进行标定，调节基线长度，从不同角度、不同距离处拍摄若干张模板图像，通过第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机中同组图像的特定匹配及数字计算确定摄像机参数，并对安装误差进行相应补偿，完成测量装置的标定工作；
(2)进行双目测量工作，第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机可以独立转动，并在空间搜索测量目标，当任一 CCD摄像机发现待测目标时，可以根据该CCD摄像机当前的转动角度信息，同时调节另一摄像机使待测目标的像尽量落在图像中央，若待测目标位于两台CCD摄像机连线附近则应调整导轨位置，使待测目标落在两摄像机的双目交叠区，通过双目基线长及摄像机参数即可测量目标距离两摄像机中心的距离。
[0016]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【主权项】
1.一种基于变视域目标搜索的双目测量装置，包括水平导轨以及设置在水平导轨上的第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机，其特征在于:第一 CXD摄像机、第二 CXD摄像机分别通过第一固定板、第二固定板设在水平导轨上，第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机关于导轨中心对称分布，第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机下部还分别设有第一同步带轮和第二同步带轮，第一固定板和第二固定板上分别设有第三同步带轮和第四同步带轮，第一同步带轮和第三同步带轮之间通过第一同步带连接，第二同步带轮和第四同步带轮之间通过第二同步带连接，第三同步带轮和第四同步带轮分别由第一步进电机和第二步进电机驱动。
2.根据权利要求1所述的基于变视域目标搜索的双目测量装置，其特征在于:所述水平导轨为同步带导轨，其由导轨基座以及设置在导轨基座上的的同步带轮组成，水平导轨上还设有伺服电机，所述第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机分别位于水平导轨的同步带的两侧。
3.根据权利要求2所述的基于变视域目标搜索的双目测量装置，其特征在于:所述第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机通过同轴电缆与计算机连接，计算机还接有控制芯片STM32F104ZET，控制芯片STM32F104ZET输出端分别接有第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器以及伺服电机驱动器，第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器以及伺服电机驱动器的另一端还分别接有第一步进电机、第二步进电机、伺服电机。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于变视域目标搜索的双目测量装置，其特征在于:所述第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机皆采用MVDC360SAM/GE60ST型号的千兆网双目立体相机。
5.一种如权利要求3所述的基于变视域目标搜索的双目测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)首先对第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机进行标定，调节第一CCD摄像机和第二 CCD摄像机之间的基线长度，从不同角度、不同距离处拍摄若干张模板图像，通过第一 CXD摄像机和第二 CXD摄像机中同组图像的特定匹配及数字计算确定摄像机参数，并对安装误差进行相应补偿，完成测量装置的标定工作；(2)进行双目测量工作，第一 CCD摄像机和第二 CCD摄像机可以独立转动，并在空间搜索测量目标，当任一 CCD摄像机发现待测目标时，可以根据该CCD摄像机当前的转动角度信息，同时调节另一摄像机使待测目标的像尽量落在图像中央，若待测目标位于两台CCD摄像机连线附近则应调整导轨位置，使待测目标落在两摄像机的双目交叠区，通过双目基线长及摄像机参数即可测量目标距离两摄像机中心的距离。
【专利摘要】本发明公开了一种基于变视域目标搜索的双目测量装置，包括两台数字CCD摄像机及其转动基座、同步带导轨、计算机，本发明装置通过基座调整摄像机的可视角度和摄像机之间的基线距离，捕捉待测目标使其能够很好地显示在双目相机的图像中心附近，从而完成对待测目标在左、右双目摄像机中所成图像进行目标提取、立体匹配，深度信息计算等工作，测量出待测目标到两摄像机中心位置的相对位置信息，本发明适用于多种利用双目视觉测量的场合，结构简单，没有累积误差，成本低廉，非常适合工业现场的应用与推广。
【IPC分类】G01C11-00
【公开号】CN104819705
【申请号】CN201410164866
【发明人】王孙安, 程元皓, 邸宏宇, 王冰心, 于德弘
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2014年4月23日