专利名称：单摄像仪器自动定位图像成像平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种为了三维重构研究而拍摄不同角度二维图像的单摄像仪器自动定位 装置，尤其是自动确定单摄像仪器在半球面内任意拍摄位置的装置。
背景技术：
目前，为了根据目标的二位图像完全恢复目标的三维模型，需要目标已知拍摄角度的多幅 二维图像。而拍摄环境大都是在一个以摄取目标为球心的半球面的几个固定位置各安装一个 参数相同的摄像仪器。摄取图像时，将目标固定在球心处，半球上各固定位置的摄像仪器分 别拍摄图像，得到目标在不同角度的图像。但是，这种方法得到的目标图像是有限的固定角 度的图像，而不是任意拍摄角度的图像，信息量有限，不利目标三维重构，而且需要多个摄 像仪器，由于摄像仪器成本高，增大了资本投入。 发明内容
为了克服现有的三维重构图像拍摄时摄像仪器定位存在的摄取角度有限和投资大的不 足，本实用新型提供一种单摄像仪器自动定位图像成像平台，该成像平台在拍摄目标图像时 不但只需要一个摄像仪器，而且能自动定位摄像仪器在半球面上任意拍摄的位背。
为达到上述目的，本实用新型所提供的单摄像仪器自动定位图像成像平台包括 一个工作台、 一个带有锯齿的半圆轨道、三个梁、两个步进电机、 一个MPC07控制卡，-个配重和 --个vb控制软件组成。各部分关系如下MPC07控制卡安装在主:机箱内的PC1插槽内；外
侧带锯齿的半圆形轨道两端外端各有一个轴，两端分别通过带有轴承的固定装置横跨安装在 工作台的平行两侧；工作台有半圆形轨道固定端的一边外侧安装有一个电器柜，电器柜内装 有两个电机的驱动、驱动与电源的接线，电器柜上侧外面安装-个功率稍大的沐进电机，该 歩进电机输出轴指向工作台内并高出工作台面，其输出轴与带锯齿的半圆形轨道一端的轴连接，带锯齿的半圆形轨道的另--端轴安装配重；半圆形轨道上安装有一个功率较小的步进电 杉L，改歩进电机通过齿轮与半圆形轨道外侧的锯齿带相啮合；小功率的电机上同定-个与半 圆形轨道切线相垂直的梁，该梁上固定-个与其垂直的梁，第二个梁上固定-个与其垂直但 与第一梁平行的三梁，三梁上固定摄影仪器，摄影仪器的光轴指向工作台且与三梁平行。 通过使用者对控制软件的不同输入，MPC07控制卡控制两个步进电机分别运动，功率
较大的电,动邀个半圆^UI^而^^摄像仪M垂直半圆fai0f在平面的方向上-90。 90°的 转动；安装在半圆形轨道上的电机通过带动三个梁从而带动摄像仪器在带锯齿的半圆形轨道 所确定平面内-卯。 90运动。
小功率电机输出轴通过齿轮和外侧带有锯齿的半圆形轨道相啮合，这是为了防止小功率 电机带动摄像仪器沿半圆形轨道运动时由于重力作用而打滑。
同时，两个步进电机上都安装了减速器，从而使电机带动摄像仪器运行时缓慢、平稳。
本实用新型的有益效果是通过两个电机先后分别带动摄像仪器在两个半圆上转动一定 的角度，可以自动定位单摄像仪器在半球面内的任意摄取位置，从而获得放置在工作台上目 标的上半空间任意角度的二维图像。
图l是本实用新型的装置原理图
图2是MPC07控制卡结构示意图
图3是转接板的四排端子与电源的连接以及端子之间的短接
图4是转接板接线图
图5是一轴电机接线图
图6是二轴电机接线图
阁7是开关量输入信号接线方法
图中l.电器柜，2. 二轴电机和减速器，3.三梁，4. 二梁，5.—梁，6. -轴电机和减速 器，7.齿型带，8.半圆形轨道，9.工作台，10.配重具体实施方式
以下结合附图进一步阐述本实用新型的具体的软和硬件实施、工作原理。 --、实用新型硬件的安装
如图2， MPC07控制卡的安装
MPC07控制卡的安装包括硬件和软件的安装
1)硬件的安装
MPC07控制卡对PC机的硬件要求十分简单能安装Windows 98、 2000、 XP等操作系 统，并带有PCI插槽的486以上机型即可，建议使用更高主频的Pentium及以上机型以获取 更好的性能。为了整个控制系统的可靠性，建议使用工控PC机。
MPC07卡基于PCI总线，因此卡上无需进行跳线设置。为了保证安全，插卡时应按照下 列歩骤操作
① 关PC机，并切断电源；
② 打开PC机箱，选择未用的PCI扩展槽，并插入MPC07控制卡；
③ 固定MPC07控制卡，并盖好PC机；
④ 连接MPC07与电机驱动器等；
⑤ 接上电源，并启动PC机。
注意在选用普通PC机时为避免产生潜在的资源冲突从而导致控制卡驱动程序无法正 常加载，建议尽量不要选用集成了声卡、显卡、网卡等多种设备的集成主板。
2)软件的安装
在Windows98、 2000、 XP平台下，由于操作系统支持即插即用，当卡正确插入PCI插 槽，操作系统启动后将会自动检测到PCIcard,此时可按照以下步骤完成驱动程序、函数库 以及示例程序的安装。其安装过程可以参考《MPC07控制卡操作手册》。
如图3，所示的1-1-0符号为端子号，第一位数字表示为第几排端子，，第二位数表示 该排第儿列端子，第三位数字即表示该列端子的顺序号，上面的端子用O编号，下面的端子 用1编号。示例即表示为第一排端子的第一列的0号端子；如果端子号的前两位数字相同， 说明其是导通的。如端子号分别为1-1-0和1-1-1就是导通的；接线完毕后，请对照说明书 进行检査，以免有接线错误。 如图4，驱动器与电机的连接
本实用新型使用了两个歩进电机和两个驱动'器。 一轴的电机的型号是DM5654A，驱动器 的型号为DMD403， 二轴采用的电机的型号是DM86130A，驱动器的型号为DMD808，此 电机与驱动器采用串联接法。
如图4，驱动器与电源的连接，两个驱动器都与24V电源相连接，24V+接DC+， 24-接 DC-。
如图4，接近开关和行程开关的接法，MPC07卡的开关量输入信号(限位、减速、原点、 外部报警和通用输入)，可以是触点型开关，也可以是NPN输出的传感器接近开关等。
如图5，一轴电机与其驱动器接线，A+ (黑)，A-(绿)，B+ (红)，B-(蓝)。
如图6, 二轴电机与其驱动器接线，A+ (黑)，A-(橙)，B+ (红)，B-(黄)，黑白与橙 白短接，红白与黄白短接。 二、设备硬件的调试
在调试此设备的运行的过程中，需要注意以下事项1)在安装MPC07控制卡时如果遇到如下问题请参考《MPC07控制卡操作手册》 Windows起动后未出现检测到PCI Card的信息；
② 出现了检测到PCI Card的信息，但无法正确加载驱动程序
③ 驱动程序安装正确，但无法正常发脉冲
2) 开始运行前首先检査设备是否在原点位置，程序有显示"一轴原点状态，二轴原点 状态"当显示为l时说明其在原点，显示为O时不在原点。如果不在，可先进行回原 点运动进行归位；
3) 归位后根据运动平稳的需要，先运行二轴使其达到一个正的角度，可以设定为15° , 然后运行一轴使镜头到达合适的角度。然后再次运行二轴到达所要求的位置。也就是 说在调整一轴的位置时，需要先需要调整二轴转动一个正的角度，经过多次实验大约 15°比较合适；
4) 如果一轴的齿轮在同歩带上的运行过程中有丢步的现象可以调整半圆形轨道上的金 属块使其稍微向上移，然后再调试运行
5) 使用完设备后注意进行归位进行回原点运动，根据运动的情况分别进行正向回原点 或负向回原点。并关闭空气开关切断电源，以保证安全；
三、设备软件的使用
本设备提供一个基本的VB程序供用户调试使用，此程序包括了回原点控制，一轴和 二轴的运动控制及参数的设定。如果用户还需要一个实现其他运动控制，可在本程序的基础 上添加其他控制功能，关于MPC07控制卡的函数的使用可以参考《MPC07控制卡操作手册》。 本章详细地描述了 MPC07运动库中的每一个函数。包括如下函数
1) 控制卡和轴设置函数；
2) 运动指令函数(包括独立运动函数和插补运动函数)
独立运动函数包括点位运动函数；连续运动函数；回原点函数。
插补运动函数包括常矢量速度、梯形矢量速度等设置和读取函数；线性插补函数
3) 制动函数；
4) 位置和状态设置函数；
5) 位置和状态査询函数；
6) I/O 口操作函数；
7) 其它函数。
其中，在函数库中使用的单位和函数返回值约定通常如下 单位 1〉位移(或距离)的单位为F (Fulse)，即脉沖数 2) 速度的单位是PPS (Pulse/sec)，即脉冲/秒； 3) 加速度和减速度的单位是PPSS (Pulse/sec2),即脉冲/秒2。 函数返回值 运动库中的大多数函数是整型函数，它们的返回意义如下 0 函数执行正确； -1 函数执行错误。 注意本设备提供的VB程序只需输入所需要运行到某个位置的角度值。本程序已经实 现了脉冲数与角度的转化。 四、设备软件的调试 1) 按照本设备的要求进行调试，当遇到如下问题时可以参考《MPC07控制卡操作手册》。 ① 运行EXE文件时系统显示找不到DLL文件； ② 如何将开发的软件系统制作成安装程序后发行给最终用户； ③ 软件能够正常启动，但无法产生运动； ④ 如何升级函数库； ⑤ 多卡共用问题。 2) 运行本设备提供的VB程序应注意以下几点 ① 当开机后，检测两轴是否在原点位置，如果两轴不在原点位置，则需要点击常速运 动按钮，使其达到原点位置，并进行清零命令。 ② 测试过程中，若测试完一个物体，再测另一个物体时，需要进行回原点运动，此时 根据其位置而选择正向回原点或者负向回原点命令。 ③ 使用完设备后注意进行归位进行回原点运动，根据运动的情况分别进行正向回原点 或负向回原点， 一轴回原点时二轴一般要位于15°的位置，然后在把二轴进行回原 点运动。 ④ 回原点后一'轴和二轴显示的位置并不为0，并且实际位置也不在接近开关的原点。 这时点击各自的清零按钮，会有一个补偿运动，以使一轴和二轴回到实际的接近开 关的中间位置，并且一轴和二轴显示的位置为0。
⑤当关闭应用程序界面窗口时，如果有任何一轴没有回原点会提示用户进行回原点运 动。
五、操作步骤
1) 将摄像仪器固定在梁三上，光轴与梁一平行且竖直向下，在摄像仪器的正下方放置要 摄取的目标；
2) 在VB程序中选定二轴电机控制，输入想要带锯齿的半圆轨道带动摄像仪器绕直径旋 转的角度；
3) 在VB程序中选定一轴电机控制，输入想要以轴电机带动摄像仪器沿带锯齿的半圆形 轨道旋转的角度；
4) 测量此时摄像仪中心相对于摄取目标为原点的地面坐标的三维坐标；
5) 根据以Y轴为主轴的伊-w-K转角原理系统可以得到获取的二维图像上的任意点在
以摄取目标为原点的地面坐标的三维坐标.
权利要求1、一种单摄像仪器自动定位图像成像平台包括工作台、一个半圆形圆弧轨道、至少两个支撑梁、一个摄像仪器、两个步进电机及电机控制卡组成，其特征是所述半圆形圆弧轨道两端安装于所述工作台两侧，且一端与所述步进电机中的一个相连，由电机驱动其旋转；所述支撑梁与半圆形圆弧轨道相连，由所述步进电机中的另一个驱动，沿圆弧轨道运动；所述摄像仪器连接在所述支撑梁上，与支撑梁一起运动；所述的两个步进电机的旋转轴在空间结构上总是保持垂直；所述电机控制卡控制所述电机转动。
专利摘要一种单摄像仪器自动定位图像成像平台。它包括一台可存取拍摄图像的摄像仪器和一个可放置拍摄目标的工作台(9)，通过电机控制卡控制电机(2)，带动固定在三梁(3)上的摄像仪器跟随半圆形轨道(8)旋转一定角度，再控制电机(6)，带动固定在三梁(3)上的摄像仪器沿着半圆形轨道(8)转动指定角度，通过两次旋转运动实现摄像仪器在半球面上的任意拍摄角度，获得目标任意角度的二维图像。
文档编号H04N5/225GK201178453SQ200720001169
公开日2009年1月7日 申请日期2007年1月22日 优先权日2007年1月22日
发明者付冬梅 申请人:付冬梅;刘 江