基于视觉定位的空间磁场测量系统的制作方法

本发明涉及一种测量技术，特别涉及一种基于视觉定位的空间磁场测量系统。

背景技术：

霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。因此，利用三组相互正交的霍尔元件就可以完成空间中某一点磁场强度的测量。

双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉系统一般由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，或由单摄像机在不同时刻从不同角度获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。双目立体视觉系统在机器视觉领域有着广泛的应用前景。只要能够找到空间中某点在两个摄像机像面上的相应点，并且通过摄像机标定获得摄像机的内外参数，就可以确定这个点的三维坐标。因此，在磁场测量器上表面贴上带有三个标记点的标签，用双目立体视觉系统分别测量出这三个点在现实世界中的物理坐标，进而得出磁场测量器在现实世界中的物理坐标以及姿态。

技术实现要素：

本发明是针对空间磁场测量的问题，提出了一种基于视觉定位的空间磁场测量系统，在磁场测量器上方贴有标签，与多个摄像头构成双目视觉系统，从而可以测量出测量器在世界坐标系中的具体坐标以及测量器的姿态，将其与磁场测量器测量结果进行融合进而精确测量待测磁场空间的磁场信息。

本发明的技术方案为：一种基于视觉定位的空间磁场测量系统，包括磁场测量器、数个摄像头、放大器、数据采集卡和计算机系统；磁场测量器上方贴有不在同一直线上的至少3个视觉定位标签，磁场测量器内置有三个轴线两两互相垂直的线性霍尔元件；数个摄像头捕捉磁场测量器上各个视觉定位标签位置信号送计算机系统；磁场测量器内线性霍尔元件检测待测空间磁场信号后，磁场信号经过放大器放大信号再通过数据采集卡经过模数转换送入计算机系统，计算机系统通过各个视觉定位标签位置信号计算磁场测量器位姿，计算机系统通过各个线性霍尔元件采集的信号合成磁场强度方向和大小，将磁场信息和位姿进行融合，得到空间的磁场强度信息。

所述磁场测量器通过没有电磁干扰材质制成连接杆与传动机构相连接，连接杆内部空心，传动机构与磁场测量器连接导线从连接杆内部通过，计算机系统输出控制信号到传动机构驱动磁场测量器移动。

所述磁场测量器内置的三个轴线两两互相垂直的线性霍尔元件，分别检测空间磁场对应磁场测量器自身轴向的正、负方向及强度。

所述计算机系统通过数个摄像头采集各个视觉定位标签位置信号，计算磁场测量器的偏航角、横滚角、俯仰角和磁场测量器在世界坐标系的坐标，得到磁场测量器的位姿。

所述数个摄像头在测试磁场周围排列组合，采集测试磁场中磁场测量器空间各个角度图像信号。

本发明的有益效果在于：本发明基于视觉定位的空间磁场测量系统，具有测量方便，高精度，高灵敏度的优点。

附图说明

图1为本发明基于视觉定位的空间磁场测量系统实施例的总体结构示意图；

图2为本发明实施例信号传递关系图；

图3为本发明系统工作流程框图；

图4为本发明磁场测量器标签图。

具体实施方式

本发明基于视觉定位的空间磁场测量系统，将数个摄像头固定位置后对测量器进行位置捕捉，将磁场测量器测量得到的磁场信息和摄像头捕捉到的测量器位姿进行融合，得到空间的磁场强度信息。如图1所示基于视觉定位的空间磁场测量系统实施例的总体结构示意图和图2实施例信号传递关系图，包括一个磁场测量器101、多个摄像头103、放大器104、一个数据采集卡105和计算机系统106；其中，所述磁场测量器101上方贴有视觉定位标签201方便上述摄像头103进行图像识别，所述磁场测量器101内部由三个轴线两两互相垂直的线性霍尔元件构成，用于检测空间磁场对应自身轴向的正、负方向及强度；所述磁场测量器101的输出电压比较小，因此通过电路与放大器104连接来放大模拟信号，再经由数据采集卡105将模拟信号转换数字信号送入计算机系统106处理；为减少传动机构108的磁场干扰，所述磁场测量器101通过不导电的塑料轻杆107与传动机构108相连接，且塑料轻杆107内部空心，方便导线与磁场测量器101连接；所述多个摄像头103固定于装置上方并通过usb连接直接将信号送入计算机系统106。

如图3系统工作流程框图和图4所示磁场测量器标签图。具体的程序流程如下：首先将摄像头103和数据采集卡105初始化，和计算机系统106建立连接。然后计算机系统106输出控制信号到传动机构108驱动磁场测量器101移动，读取摄像头103数据，检测磁场测量器101上方的视觉定位标签201来判断磁场测量器101是否进入待测磁场空间，如果没有进入待测空间，则重复上述过程。如果检测到磁场测量器101进入待测磁场空间，则利用摄像头103的视差来计算出标签201上方三个点a,b,c在世界坐标系中的坐标，由a,b,c的几何关系可以算出磁场测量器101的偏航角、横滚角、俯仰角和磁场测量器101在世界坐标系的坐标，这样就得到磁场测量器101的位姿信息了。然后计算机系统106通过数据采集卡105来读取磁场测量器101三个线性霍尔元件的三个互相垂直方向的模拟电压值并将其通过矢量叠加原理合成为相对于磁场测量器101的某个方向的磁场强度。最后结合磁场测量器101在世界坐标系下的坐标，将相对的磁场强度的方向和大小与该坐标融合就可得到世界坐标系中的某一点的磁场强度大小和方向，并将其绘制在屏幕，不断控制传动机构108移动磁场测量器101，就可以得到待测空间的磁场强度信息。

需要强调的是，塑料轻杆107可由其它没有电磁干扰的材质代替；多个摄像头103可以提高系统的精度，由排列组合原理可知，在双目视觉系统中，两个摄像头只能提供一组图像，三个摄像头可以提供三组图像，四个摄像头可以提供六组图像，以此类推，图1和图2只画了四个摄像头示意，实际可以更多。图4所示视觉标签也可以超过三个点且可以不在同一平面上；三个线性霍尔元件轴向两两相互垂直，可以对应磁场测量器101的自身的x轴、y轴、z轴。通过多个摄像头103可以将磁场测量器101在世界坐标系的位姿信息测量出来，进而得到世界坐标系中的磁场强度大小和方向。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于视觉定位的空间磁场测量系统，磁场测量器上方贴有不在同一直线上的至少3个视觉定位标签，磁场测量器内置有三个轴线两两互相垂直的线性霍尔元件；数个摄像头捕捉磁场测量器上各个视觉定位标签位置信号送计算机系统；磁场测量器内线性霍尔元件检测待测空间磁场信号后，磁场信号经过放大器放大信号再通过数据采集卡经过模数转换送入计算机系统，计算机系统通过各个视觉定位标签位置信号计算磁场测量器位姿，计算机系统通过各个线性霍尔元件采集的信号合成磁场强度方向和大小，将磁场信息和位姿进行融合，得到空间的磁场强度信息。具有测量方便，高精度，高灵敏度的优点。

技术研发人员：秦晓飞;吴承梓;郑超阳;张一鹏;郭海洋
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2018.12.20
技术公布日：2019.04.09