一种自动标定装置及标定方法与流程

本发明涉及自动标定装置及标定方法，属于标定领域。

背景技术：

在实验室河工模型或原型河流表面流速测量广泛应用大范围表面流场图像测试系统。其原理是：在水流表面散播跟随性能好的示踪粒子，跟随水流运动，记录一定时间间隔的流场图像，经图像处理提取示踪粒子像，在相邻两幅流场图像中进行粒子匹配，找到t1时刻示踪粒子经过δt时间后在t2时刻的图像，计算出δt时间内粒子位移l，从而求得示踪粒子的速度，对应水流点的速度v：v＝l/δt，从图像上提取位移l的单位为像素，为获取实际流速大小，需要将建立像素与实际尺度之间的关系，该过程称为标定，α＝l/n，α为单位像素对应的实际尺寸，l、n分别为水流表面实际长度与图像上对应的像素数。

原型河流应用时，摄像机只能架设在岸滩上，为获取河流中心的流速，摄像机需要以一定角度倾斜布置，导致采集的图像不同区域存在不同的变形。因此，迫切需要一种自动标定装置。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自动标定装置及标定方法，通过追踪两束激光的交叉点，运用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定。

技术方案：为实现上述目的，本发明的自动标定装置，包括第一旋转托盘、第二旋转托盘、第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置位于第一旋转托盘上，第二激光发射装置位于第二旋转托盘上，所述第一旋转托盘通过轴承安装在第一旋转杆上，第一旋转杆插入在第一套筒上，第一旋转杆底部设有第一螺纹孔，在第一螺纹孔中安装有第一螺杆，第一螺杆安装在第一电机上；所述第二旋转托盘通过轴承安装在第二旋转杆上，第二旋转杆插入在第二套筒上，第二旋转杆底部设有第二螺纹孔，在第二螺纹孔中安装有第二螺杆，第二螺杆安装在第二电机上，在第一旋转托盘和第二旋转托盘上均设有通孔，两个通孔之间连接有软管，软管内设有液体，在河岸上安装有摄像机。

作为优选，所述第一套筒和第二套筒均设有凹槽，第一旋转杆和第二旋转杆的两侧均延伸有凸台，凸台插入凹槽内。

作为优选，所述第一旋转托盘和第二旋转托盘上均安装有角度传感器。

作为优选，所述第一旋转托盘和第二旋转托盘上均设有水平仪。

作为优选，所述第一旋转杆和第二旋转杆上均设有螺纹孔，在第一旋转托盘和第二旋转托盘的中心插入有锁紧螺栓，锁紧螺栓插入到螺纹孔中。

一种自动标定装置的标定方法，包括以下步骤：

(1)通过水平仪将第一旋转托盘和第二旋转托盘调整在水平位置，将第一旋转托盘通过第一电机调整到河流最低水位，通过第二电机带动第二旋转托盘移动，在第一旋转托盘和第二旋转托盘之间连接软管，在软管内倒入液体，通过第二电机带动第二旋转托盘和第一旋转托盘上的软管内的液体液面在同一高度，第二电机停止工作；

(2)转动第一旋转托盘和第二旋转托盘，使第一激光和第二激光两束光重合,第一激光和第二激光中心点之间的距离为a，以第一激光中心为原点，与第二激光中心连线为x轴，根据右手定则建立原型坐标系；

(3)转动第一旋转托盘，第一旋转托盘上的角度传感器显示读数为a11，转动第二旋转托盘，第二旋转托盘上的角度传感器显示读数为a21，摄像机拍摄激光图像m1，两束激光交点p1在图像坐标系上的坐标为(xm1,ym1)，在原型坐标系上的坐标为(x1,y1)，则有：

y1＝a/(cota11+cota21)

x1＝y1cota11；

(4)转动第一旋转托盘，第一旋转托盘上的角度传感器显示读数为a12，转动第二旋转托盘，第二旋转托盘上的角度传感器显示读数为a22，摄像机拍摄激光图像m2，两束激光交点p2在图像坐标系上的坐标为(xm2,ym2)，在原型坐标系上的坐标为(x2,y2)，则有：

y2＝a/(cota12+cota22)

x2＝y2cota12；

(5)p1和p2之间的实际距离为：

(6)p1和p2之间在图像上的像素距离为：

(7)则单位像素与实际尺度之间的关系为：

α＝l/n。

在本发明中，激光器间隔一定距离分别安装于旋转盘上，且激光中心处于同一平面，调节激光器角度使两束激光完全重合，记录旋转盘位置和角度。分别旋转两束激光，使两束激光在摄像机拍摄范围内相交，摄像机采集交点图像，然后再次旋转激光、采集交点图像。由于旋转角度和两组激光器距离已知，利用三角函数获取激光交点坐标，从而计算出两个交点的实际距离；经图像处理获取激光交点在图像中的坐标，计算得到两个交点的图像距离,实际距离与图像距离对应，即可完成系统标定。本发明只采用一台摄像机和两个激光发射装置，结构系统组成简单，而且标定方法巧妙，对系统的配置要求低，大大节省了装置的成本，而且，标定精确度高。

有益效果：本发明的自动标定装置，当测量某个区域的水流速度时，将两束激光的交点投射与此区域，用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定，然后将标定的结果反馈给摄像机，更精确的测算流速。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为第一激光和第二激光转过的角度图。

图3为计算原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的自动标定装置，包括第一旋转托盘4、第二旋转托盘、第一激光发射装置1和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置1位于第一旋转托盘4上，第二激光发射装置位于第二旋转托盘上，所述第一旋转托盘4通过轴承3安装在第一旋转杆6上，第一旋转杆6插入在第一套筒7上，第一旋转杆6底部设有第一螺纹孔，在第一螺纹孔中安装有第一螺杆8，第一螺杆8安装在第一电机9上；所述第二旋转托盘通过轴承3安装在第二旋转杆上，第二旋转杆插入在第二套筒上，第二旋转杆底部设有第二螺纹孔，在第二螺纹孔中安装有第二螺杆，第二螺杆安装在第二电机上，在第一旋转托盘4和第二旋转托盘上均设有通孔，两个通孔之间连接有软管10，软管10内设有液体，液体可以为水，也可以为区别度好的液体，在河岸上安装有摄像机12。

在本发明中，所述第一套筒7和第二套筒均设有凹槽，第一旋转杆6和第二旋转杆的两侧均延伸有凸台，凸台插入凹槽内。所述第一旋转托盘4和第二旋转托盘均安装有把手5。所述第一旋转托盘4和第二旋转托盘上均安装有角度传感器，角度传感器为ssa00xxh2-c020。所述第一旋转托盘4和第二旋转托盘上均设有水平仪。所述第一旋转杆6和第二旋转杆上均设有螺纹孔，在第一旋转托盘4和第二旋转托盘的中心插入有锁紧螺栓2，锁紧螺栓2插入到螺纹孔中。

一种自动标定装置的标定方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：

(1)通过水平仪将第一旋转托盘4和第二旋转托盘调整在水平位置，将第一旋转托盘4通过第一电机9调整到河流最低水位，通过第二电机带动第二旋转托盘移动，在第一旋转托盘4和第二旋转托盘之间连接软管10，在软管10内倒入液体，通过第二电机带动第二旋转托盘和第一旋转托盘4上的软管10内的液体液面在同一高度，第二电机停止工作；

(2)转动第一旋转托盘4和第二旋转托盘，使第一激光和第二激光两束光重合,第一激光和第二激光中心点之间的距离为a，以第一激光中心为原点，与第二激光中心连线为x轴，根据右手定则建立原型坐标系；

(3)转动第一旋转托盘4，第一旋转托盘4上的角度传感器显示读数为a11，转动第二旋转托盘，第二旋转托盘上的角度传感器显示读数为a21，摄像机12拍摄激光图像m1，两束激光交点p1在图像坐标系上的坐标为(xm1,ym1)，在原型坐标系上的坐标为(x1,y1)，则有：

y1＝a/(cota11+cota21)

x1＝y1cota11；

(4)转动第一旋转托盘4，第一旋转托盘4上的角度传感器显示读数为a12，转动第二旋转托盘，第二旋转托盘上的角度传感器显示读数为a22，摄像机12拍摄激光图像m2，两束激光交点p2在图像坐标系上的坐标为(xm2,ym2)，在原型坐标系上的坐标为(x2,y2)，则有：

y2＝a/(cota12+cota22)

x2＝y2cota12；

(5)p1和p2之间的实际距离为：

(6)p1和p2之间在图像上的像素距离为：

(7)则单位像素与实际尺度之间的关系为：

α＝l/n。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。