一种高速摄像测量系统的动态参数校准方法及系统与流程

本发明涉及高速摄像测量系统的校正，尤其涉及一种高速摄像测量系统的动态参数校准方法及系统。

背景技术：

1、高速摄像测量系统是以非接触形式获取高速运动目标的海量影像数据，根据近景摄影测量理论分析每张像片中物体目标点的三维空间坐标变化，以实现对高速运动物体位移、速度、加速度等参数的测量。高速摄像测量系统具有非接触、三维测量和密集测量的优势，在数字图像相关(dic，digital image correlation)、粒子图像测速(piv，particleimage velocimetry)等方面有着难以替代的作用，被广泛应用于汽车测试、军事航天、工业生产、生物医学、体育运动、产品测试开发以及科学研究等领域。高速摄像测量系统作为重要的运动状态测试分析设备，其动态参数量值的准确度将直接影响试验结果，因此在使用高速摄像测量系统测量高速运动物体之前，需对动态参数量值进行校准以确保准确性。

2、现有技术通常采用基准尺或球杆对高速摄像测量系统的静态参数进行校准，而难以满足校准高速摄像测量系统的动态参数的需求，从而影响高速摄像测量系统的测量准确性。

技术实现思路

1、本发明提供一种高速摄像测量系统的动态参数校准方法及系统，通过动态参数校准码盘对高速摄像测量系统的动态参数进行校准，确保高速摄像测量系统的动态参数的准确性和可靠性，从而提高了高速摄像测量系统的测量准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高速摄像测量系统的动态参数校准方法，包括：

3、在预设的拍摄帧率下，使用高速摄像测量系统对转动的动态参数校准码盘上表面进行图像拍摄，获取若干张拍摄图像；其中，所述动态参数校准码盘的上表面设置有标准长度线纹尺、标准角度线纹尺、标准圆和图像追踪标记；

4、基于所述若干张拍摄图像，根据拍摄测量到的转动过程中动态参数校准码盘的参数，得到高速摄像测量系统的示值；其中，通过测量标准长度线纹尺得到高速摄像测量系统的距离示值，通过测量标准角度线纹尺得到高速摄像测量系统的角度示值，通过测量标准圆的直径得到高速摄像测量系统的直径示值，根据图像追踪标记的运动得到高速摄像测量系统的角加速度示值、角速度示值、加速度示值和线速度示值；

5、计算所述高速摄像测量系统的示值和所述动态参数校准码盘的标准值的差值，得到高速摄像测量系统的示值误差；其中，所述示值误差包括距离示值误差、角度示值误差、直径示值误差、角加速度示值误差、角速度示值误差、加速度示值误差和线速度示值误差；

6、根据所述高速摄像测量系统的示值误差，对高速摄像测量系统的动态参数进行校准。

7、本发明基于高速摄像测量系统下动态参数校准码盘的成像，计算高速摄像测量系统的示值和动态参数校准码盘的标准值的差值，并根据差值对动态参数校准码盘对高速摄像测量系统的动态参数进行校准，确保高速摄像测量系统的动态参数的准确性和可靠性，从而提高了高速摄像测量系统的测量准确性。

8、进一步的，所述动态参数校准码盘，包括标准长度线纹尺、标准角度线纹尺、标准圆、图像追踪标记和螺纹接口；

9、标准长度线纹尺、标准角度线纹尺、标准圆和图像追踪标记位于动态参数校准码盘的上表面；其中，所述标准长度线纹尺位于所述标准角度线纹尺的正上方，所述标准角度线纹尺的原点和所述标准圆的原点均与动态参数校准码盘的中心点重合；

10、所述图像追踪标记，包括实心圆标记、空心圆标记和四象限圆标记；其中，所述实心圆标记的中心、所述空心圆标记的中心和所述四象限圆标记的中心与动态参数校准码盘中心点的距离相等；

11、螺纹接口位于动态参数校准码盘的下表面，所述螺纹接口的中心点与动态参数校准码盘的中心点重合。

12、本发明提供的一种动态参数校准码盘，能够根据待校准高速摄像测量系统的不同拍摄帧率，提供不同的标准运动速度、标准运动加速度、标准距离、标准角度以及标准圆，从而实现对高速摄像测量系统的速度、加速度、距离、角度、圆直径等动态参数量值的校准。

13、进一步的，所述在预设的拍摄帧率下，使用高速摄像测量系统对转动的动态参数校准码盘上表面进行图像拍摄，获取若干张拍摄图像，包括：

14、使用标准转速装置对动态参数校准码盘进行连接，以使所述动态参数校准码盘按照预设的启动加速度和转速进行转动；

15、在预设的拍摄帧率下，使动态参数校准码盘在高速摄像测量系统上的成像清晰完整，并使用高速摄像测量系统对转动的动态参数校准码盘上表面进行图像拍摄，获取若干张拍摄图像。

16、进一步的，所述基于所述若干张拍摄图像，根据拍摄测量到的转动过程中动态参数校准码盘的参数，得到高速摄像测量系统的示值，包括：

17、依次以高速摄像测量系统的距离、角度、直径、角加速度、角速度、加速度和线速度为单一变量，并设定不同变量值对所述若干张拍摄图像进行多次示值测量；

18、根据拍摄测量到的转动过程中动态参数校准码盘的参数，得到高速摄像测量系统的示值；其中，通过测量标准长度线纹尺得到高速摄像测量系统的距离示值，通过测量标准角度线纹尺得到高速摄像测量系统的角度示值，通过测量标准圆的直径得到高速摄像测量系统的直径示值，根据图像追踪标记的运动得到高速摄像测量系统的角加速度示值、角速度示值、加速度示值和线速度示值。

19、进一步的，所述计算所述高速摄像测量系统的示值和所述动态参数校准码盘的标准值的差值，得到高速摄像测量系统的示值误差，包括：

20、将预设的标准值作为动态参数校准码盘的标准值；其中，所述动态参数校准码盘的标准值包括动态参数校准码盘的距离标准值、角度标准值、直径标准值、角加速度标准值、角速度标准值、加速度标准值和线速度标准值；

21、计算所述高速摄像测量系统的示值和所述动态参数校准码盘的标准值的差值，得到高速摄像测量系统的示值误差。

22、进一步的，所述计算所述高速摄像测量系统的示值和所述动态参数校准码盘的标准值的差值，得到高速摄像测量系统的示值误差，包括：

23、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的距离示值误差，计算公式如下：

24、

25、式中，δli表示在预设的拍摄帧率下，第i个距离校准点的距离示值误差；表示第i个距离校准点的多次测量平均值，lis表示第i个距离校准点的预设标准值；

26、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的角度示值误差，计算公式如下：

27、

28、式中，δθi表示在预设的拍摄帧率下，第i个角度校准点的角度示值误差；表示第i个角度校准点的多次测量平均值，θis表示第i个角度校准点的预设标准值；

29、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的直径示值误差，计算公式如下：

30、

31、式中，δri表示在预设的拍摄帧率下，第i个直径校准点的直径示值误差；表示第i个直径校准点的多次测量平均值，ris表示第i个直径校准点的预设标准值；

32、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的角加速度示值误差，计算公式如下：

33、

34、式中，δαi表示在预设的拍摄帧率下，第i个角加速度校准点的角加速度示值误差；表示第i个角加速度校准点的多次测量平均值，αis表示第i个角加速度校准点的预设标准值；

35、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的角速度示值误差，计算公式如下：

36、

37、式中，δωi表示在预设的拍摄帧率下，第i个角速度校准点的角速度示值误差；表示第i个角速度校准点的多次测量平均值，ωis表示第i个角速度校准点的预设标准值；

38、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的线加速度示值误差，计算公式如下：

39、

40、式中，δai表示在预设的拍摄帧率下，第i个线加速度校准点的线加速度示值误差；表示第i个线加速度校准点的多次测量平均值，ais表示第i个线加速度校准点的预设标准值；

41、在预设的拍摄帧率下，计算高速摄像测量系统的线速度示值误差，计算公式如下：

42、

43、式中，δvi表示在预设的拍摄帧率下，第i个线速度校准点的线速度示值误差；表示第i个线速度校准点的多次测量平均值，vis表示第i个线速度校准点的预设标准值。

44、本发明通过计算高速摄像测量系统的示值和动态参数校准码盘的标准值的差值，并将差值作为高速摄像测量系统的示值误差，用于对高速摄像测量系统的距离示值、角度示值、直径示值、角加速度示值、角速度示值、加速度示值和线速度示值进行校准，以确保高速摄像测量系统动态参数的准确性。

45、在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例，提供了一种高速摄像测量系统的动态参数校准系统，包括：高速摄像模块、示值测量模块、示值误差模块和参数校准模块；

46、所述高速摄像模块，用于在预设的拍摄帧率下，使用高速摄像测量系统对转动的动态参数校准码盘上表面进行图像拍摄，获取若干张拍摄图像；其中，所述动态参数校准码盘的上表面设置有标准长度线纹尺、标准角度线纹尺、标准圆和图像追踪标记；

47、所述示值测量模块，用于基于所述若干张拍摄图像，根据拍摄测量到的转动过程中动态参数校准码盘的参数，得到高速摄像测量系统的示值；其中，通过测量标准长度线纹尺得到高速摄像测量系统的距离示值，通过测量标准角度线纹尺得到高速摄像测量系统的角度示值，通过测量标准圆的直径得到高速摄像测量系统的直径示值，根据图像追踪标记的运动得到高速摄像测量系统的角加速度示值、角速度示值、加速度示值和线速度示值；

48、所述示值误差模块，用于计算所述高速摄像测量系统的示值和所述动态参数校准码盘的标准值的差值，得到高速摄像测量系统的示值误差；其中，所述示值误差包括距离示值误差、角度示值误差、直径示值误差、角加速度示值误差、角速度示值误差、加速度示值误差和线速度示值误差；

49、所述参数校准模块，用于根据所述高速摄像测量系统的示值误差，对高速摄像测量系统的动态参数进行校准。

50、进一步的，所述动态参数校准码盘，包括标准长度线纹尺、标准角度线纹尺、标准圆、图像追踪标记和螺纹接口；

51、标准长度线纹尺、标准角度线纹尺、标准圆和图像追踪标记位于动态参数校准码盘的上表面；其中，所述标准长度线纹尺位于所述标准角度线纹尺的正上方，所述标准角度线纹尺的原点和所述标准圆的原点均与动态参数校准码盘的中心点重合；

52、所述图像追踪标记，包括实心圆标记、空心圆标记和四象限圆标记；其中，所述实心圆标记的中心、所述空心圆标记的中心和所述四象限圆标记的中心与动态参数校准码盘中心点的距离相等；

53、螺纹接口位于动态参数校准码盘的下表面，所述螺纹接口的中心点与动态参数校准码盘的中心点重合。

54、进一步的，所述所述示值测量模块，包括：测量设置单元和示值计算单元；

55、所述测量设置单元，用于依次以高速摄像测量系统的距离、角度、直径、角加速度、角速度、加速度和线速度为单一变量，并设定不同变量值对所述若干张拍摄图像进行多次示值测量；

56、所述示值计算单元，用于根据拍摄测量到的转动过程中动态参数校准码盘的参数，得到高速摄像测量系统的示值；其中，通过测量标准长度线纹尺得到高速摄像测量系统的距离示值，通过测量标准角度线纹尺得到高速摄像测量系统的角度示值，通过测量标准圆的直径得到高速摄像测量系统的直径示值，根据图像追踪标记的运动得到高速摄像测量系统的角加速度示值、角速度示值、加速度示值和线速度示值。

57、进一步的，所述示值误差模块，包括：标准值单元和误差计算单元；

58、所述标准值单元，用于将预设的标准值作为动态参数校准码盘的标准值；其中，所述动态参数校准码盘的标准值包括动态参数校准码盘的距离标准值、角度标准值、直径标准值、角加速度标准值、角速度标准值、加速度标准值和线速度标准值；

59、所述误差计算单元，用于计算所述高速摄像测量系统的示值和所述动态参数校准码盘的标准值的差值，得到高速摄像测量系统的示值误差。