CN106679650A - 一种视觉姿态测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视觉姿态测量系统，包括：图像生成模块，用于基于目标模型生成目标连续的运动姿态图像，并将生成的图像传送给图像转换模块；图像转换模块，用于根据设定要求对图像进行转换处理，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元；视觉姿态测量单元，用于基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。本发明视觉姿态测量系统，通过仿真形成目标运动的运动姿态图像，基于生成的目标运动姿态图像对目标进行视觉姿态测量，与现有技术相比系统结构简单，成本低廉。

Description

一种视觉姿态测量系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种视觉姿态测量系统。

背景技术

机器视觉测量是一种非接触式测量技术，目前被广泛应用于各个领域，包括民用、军用、科研以及航空航天等领域。

现有技术中，机器视觉测量的实现方法是：运动目标设置在旋转机台上，由机台控制目标运动，通过摄像系统拍摄目标在运动过程中各运动姿态图像；或者，摄像系统安装在旋转机台上，目标位置不动，由机台控制摄像系统运动拍摄目标各姿态图像，进而根据获得的各姿态图像对目标进行视觉姿态测量。但现有这种视觉姿态测量方法，受到被测目标、环境等各种条件的限制，会导致系统复杂、成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种视觉姿态测量系统，通过形成目标运动的仿真图像，对目标进行视觉姿态测量，与现有技术相比系统结构简单，成本低廉。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种视觉姿态测量系统，包括：

图像生成模块，用于基于目标模型生成目标连续的运动姿态图像，并将生成的图像传送给图像转换模块；

所述图像转换模块，用于根据设定要求对图像进行转换处理，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元；

所述视觉姿态测量单元，用于基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。

可选地，所述图像生成模块包括：

图像生成单元，用于根据目标模型、设定的目标姿态参数和轨迹参数生成目标连续的运动姿态图像，根据场景参数生成背景图像；

图像叠加单元，用于将背景图像叠加到目标图像中。

可选地，所述图像生成模块还包括：

用户交互界面，用于输入目标模型，设定目标姿态参数和轨迹参数以及场景参数，还用于显示图像。

可选地，所述图像转换模块包括：

图像缩放单元，用于根据设定要求以流水线方式对图像进行缩放处理；

色彩转换单元，用于根据设定要求以流水线方式对图像进行色彩格式转换。

可选地，所述色彩转换单元具体用于根据设定要求将图像以数码色彩格式转换为RGB格式，或者以RGB格式转换为YUV格式，或者以YUV格式转换为RGB格式。

可选地，所述图像转换模块还包括：

帧率控制单元，用于根据设定要求以预设帧率将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元。

可选地，所述帧率控制单元具体用于根据设定要求，通过控制缓存单元的输出，实现以预设帧率将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元。

可选地，所述图像转换模块包括：

图像接收单元，用于接收由所述图像生成模块传送的图像；

图像缓存单元，用于缓存图像；

图像缓存单元通道0和图像缓存单元通道1，用于将所述图像缓存单元中的图像传送给图像转换算法单元；

所述图像转换算法单元，用于采用图像转换算法对图像进行转换处理；

图像输出单元，用于将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元。

可选地，所述图像生成模块设置有高速数据传输接口或者网口；

所述图像转换模块设置有高速数据传输接口或者网口；

所述视觉姿态测量单元设置有高速数据传输接口或者网口；

所述图像生成模块与所述图像转换模块通过高速数据传输接口或者网口传输图像数据；

所述图像转换模块与所述视觉姿态测量单元高速通过数据传输接口或者网口传输图像数据。

可选地，所述视觉姿态测量单元还用于将计算得到的姿态结果与设定的姿态参数对比，检验所述视觉姿态测量单元的测量性能，并对所述视觉姿态测量系统进行闭环测试。

由上述技术方案可知，本发明所提供的视觉姿态测量系统，包括图像生成模块、图像转换模块和视觉姿态测量单元。图像生成模块基于目标模型生成目标连续的运动姿态图像，并将生成的图像传送给图像转换模块；图像转换模块根据设定要求对图像进行转换，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元；视觉姿态测量单元基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。

本发明视觉姿态测量系统，通过仿真形成目标运动的运动姿态图像，基于生成的目标运动姿态图像对目标进行视觉姿态测量，与现有技术相比系统结构简单，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种视觉姿态测量系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的视觉姿态测量系统中图像生成模块的示意图；

图3为本发明实施例提供的视觉姿态测量系统中图像转换模块的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种视觉姿态测量系统，包括：

图像生成模块，用于基于目标模型生成目标连续的运动姿态图像，并将生成的图像传送给图像转换模块；

所述图像转换模块，用于根据设定要求对图像进行转换处理，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元；

所述视觉姿态测量单元，用于基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。

可以看出，本实施例提供的视觉姿态测量系统，包括图像生成模块、图像转换模块和视觉姿态测量单元。图像生成模块基于目标模型生成目标连续的运动姿态图像，并将生成的图像传送给图像转换模块；图像转换模块根据设定要求对图像进行转换，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元；视觉姿态测量单元基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。

本实施例视觉姿态测量系统，通过仿真形成目标运动的运动姿态图像，基于生成的目标运动姿态图像对目标进行视觉姿态测量，与现有技术相比系统结构简单，成本低廉。

下面对本实施例视觉姿态测量系统作进一步详细说明。

请参考图1，本实施例视觉姿态测量系统包括图像生成模块10、图像转换模块11和视觉姿态测量单元12。

其中，可参考图2，图像生成模块10包括：

图像生成单元100，用于根据目标模型、设定的目标姿态参数和轨迹参数生成目标连续的运动姿态图像，根据场景参数生成背景图像；

图像叠加单元101，用于将背景图像叠加到目标图像中。

所述图像生成单元100根据输入的目标模型、设定的目标姿态参数和轨迹参数生成目标各个运动姿态的图像；并基于输入的原背景图像，根据设定的场景参数对背景图像进行设置，包括设置背景图像的光照条件、噪声参数等，将生成的背景图像叠加到目标图像中。

进一步的，所述图像生成模块10还包括：

用户交互界面102，用于输入目标模型，设定目标姿态参数和轨迹参数以及场景参数，还用于显示图像。

用户可以通过用户交互界面102导入目标模型和原背景图像，并输入目标姿态参数和轨迹参数，设定场景参数。用户交互界面102还实时显示生成的模型图像。

在实际应用中图像生成模块10可设置在上位机。

因此本实施例视觉姿态测量系统，能灵活设定目标姿态参数和轨迹参数以及场景参数，根据设定的目标姿态参数和轨迹参数生成目标的运动图像，并能设定场景，因此能够满足视觉姿态测量中对目标姿态及场景的多样性、实时性的要求。

所述图像转换模块11用于根据设定要求对图像进行转换处理，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元12。所述图像转换模块11具体包括：

图像缩放单元，用于根据设定要求以流水线方式对图像进行缩放处理；

色彩转换单元，用于根据设定要求以流水线方式对图像进行色彩格式转换。

图像缩放单元根据设定要求对图像进行缩小或放大的图像处理，具体可采用双线性插值方法对图像进行缩放处理。

色彩转换单元根据设定要求对图像进行色彩转换，包括将图像以数码色彩(Bayer)格式转换为RGB格式，或者以RGB格式转换为YUV格式，或者以YUV格式转换为RGB格式。其中，数码色彩(Bayer)格式指以数码阵列描述的色彩格式，YUV格式指以颜色编码描述的色彩格式，RGB格式指以RGB色彩模式描述的色彩格式。

进一步的，所述图像转换模块11还包括帧率控制单元，用于根据设定要求以预设帧率将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元12。帧率指单位时间内发送图像的帧数，通过帧率控制以控制输出图像的发送速度。

具体的，帧率控制单元具体根据设定要求，通过控制缓存单元的输出，实现以预设帧率将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元12。

本实施例中，图像转换模块11采用流水线程序设计，请参考图3，可具体包括：

图像接收单元20，用于接收由图像生成模块10传送的图像；

图像缓存单元21，用于缓存图像；

图像缓存单元通道0和图像缓存单元通道1，用于将图像缓存单元21中的图像传送给图像转换算法单元22；

图像转换算法单元22，用于采用图像转换算法对图像进行转换处理，包括对图像进行缩放处理、色彩格式转换和帧率控制；

图像输出单元23，用于将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元12。

所述图像转换模块11可采用可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片。FPGA芯片具有高集成性、高并行性、资源丰富等特点，能够实现高速率的图像传输，实时性高。FPGA芯片可外接高速缓存DDR实现数据的缓存，采用乒乓操作的方式实现数据的高速连续读取。可以很好的满足数据传输的实时性和高速性。在一种具体应用中，FPGA芯片可采用Xilinx公司的virtex-6系列FPGA，它具有硬件PCIE核，能够实现网口MAC功能。网口PHY芯片采用88e1111。camlink驱动芯片采用DS90CR287。

本实施例视觉姿态测量系统，将用于对图像进行转换处理的图像转换模块独立设置，可降低图像生成模块的复杂性，提高对目标图像处理的灵活性，有助于提高图像处理效率，满足实时性要求。

优选的，本实施例中，图像生成模块10设置有高速数据传输接口或者网口；所述图像转换模块11设置有高速数据传输接口或者网口。所述图像生成模块10与所述图像转换模块11通过高速数据传输接口或者网口传输图像数据。相应的，图像生成模块10安装有高速数据传输接口驱动程序或者网口驱动程序，在图像转换模块11安装有高速数据传输接口驱动程序或者网口驱动程序。

其中，高速数据传输接口可采用PCIE标准接口，PCIE接口属于高速串行点对点双通道的高带宽传输接口。它的主要优势是数据传输速率高，最高传输速率可以达到10GB/s，可以实现大分辨率、高帧频的图像仿真要求。而且通过FPGA芯片可以更加容易的实现PCIE功能，简化了系统结构，提高系统集成性。

网口可采用千兆网口，网口采用FPGA芯片实现千兆网口，不仅提高系统集成性，而且稳定性高，不易丢包，从而极大降低高速网口传输丢包率的问题。

另外，在视觉姿态测量单元12设置有高速数据传输接口或者网口，图像转换模块11与视觉姿态测量单元12通过高速数据传输接口或者网口传输图像数据。其中，高速数据传输接口可采用Cameralink协议接口，Cameralink协议是一种专门针对机器视觉应用领域的串行通信协议。网口优选采用千兆网口，能够实现高速率图像数据传输和高数据量传输。这两种接口兼容大部分相机接口，易于与视觉姿态测量单元相连，实现远距离、高速度的图像数据仿真，同时满足系统闭环测试的实验条件。

本实施例视觉姿态测量系统中，视觉姿态测量单元12用于基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。

优选的，所述视觉姿态测量单元12还用于将计算得到的姿态结果与设定的姿态参数对比，检测所述视觉姿态测量单元的测量性能，并对所述视觉姿态测量系统进行闭环测试，实现验证姿态测量单元的准确性，同时实现系统的闭环测试。

本实施例视觉姿态测量系统的工作流程为：

S1：打开上位机软件，导入目标模型和背景图像、并设定目标姿态参数和轨迹参数，以及背景图像的场景参数，包括光照条件和噪声等参数。

S2：选择图像输出接口，设置图像色彩格式、图像播放频率和分辨率；通过图像输出接口将生成的图像发送给图像转换模块；

S3：图像转换模块根据参数设置执行操作；将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元，视觉姿态测量单元对目标进行视觉姿态测量。

S4：视觉姿态测量单元将计算得到的姿态结果与设定的姿态参数对比，检验所述视觉姿态测量单元的测量性能，并对所述图像仿真系统进行闭环测试。

本实施例视觉姿态测量系统通过仿真形成目标运动的运动姿态图像，基于生成的目标运动姿态图像对目标进行视觉姿态测量，具有以下有益效果：

本实施例视觉姿态测量系统可以任意设置被测目标的姿态和运动轨迹；

本实施例视觉姿态测量系统可以任意设置被测目标的背景、光照环境和图像噪声的复杂场景；

本实施例视觉姿态测量系统可达到高速率数据传输以及高图像分辨率；

本实施例视觉姿态测量系统可利用网络实现远距离传输和多目标协同工作。

本实施例视觉姿态测量系统能够满足视觉姿态测量对目标姿态、运动轨迹以及场景的实时性、多样性的要求，能有效的用于视觉姿态测量单元标定和系统闭环测试，其研制具有很高的实用价值和现实意义。

以上对本发明所提供的一种视觉姿态测量系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种视觉姿态测量系统，其特征在于，包括：

图像生成模块，用于基于目标模型生成目标连续的运动姿态图像，并将生成的图像传送给图像转换模块；

所述图像转换模块，用于根据设定要求对图像进行转换处理，并将转换后的图像传送给视觉姿态测量单元；

所述视觉姿态测量单元，用于基于获得的图像对目标进行视觉姿态测量。

2.根据权利要求1所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述图像生成模块包括：

图像生成单元，用于根据目标模型、设定的目标姿态参数和轨迹参数生成目标连续的运动姿态图像，根据场景参数生成背景图像；

图像叠加单元，用于将背景图像叠加到目标图像中。

3.根据权利要求2所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述图像生成模块还包括：

用户交互界面，用于输入目标模型，设定目标姿态参数和轨迹参数以及场景参数，还用于显示图像。

4.根据权利要求1所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述图像转换模块包括：

图像缩放单元，用于根据设定要求以流水线方式对图像进行缩放处理；

色彩转换单元，用于根据设定要求以流水线方式对图像进行色彩格式转换。

5.根据权利要求4所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述色彩转换单元具体用于根据设定要求将图像以数码色彩格式转换为RGB格式，或者以RGB格式转换为YUV格式，或者以YUV格式转换为RGB格式。

6.根据权利要求4所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述图像转换模块还包括：

帧率控制单元，用于根据设定要求以预设帧率将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元。

7.根据权利要求6所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述帧率控制单元具体用于根据设定要求，通过控制缓存单元的输出，实现以预设帧率将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元。

8.根据权利要求1所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述图像转换模块包括：

图像接收单元，用于接收由所述图像生成模块传送的图像；

图像缓存单元，用于缓存图像；

图像缓存单元通道0和图像缓存单元通道1，用于将所述图像缓存单元中的图像传送给图像转换算法单元；

所述图像转换算法单元，用于采用图像转换算法对图像进行转换处理；

图像输出单元，用于将转换后的图像传送给所述视觉姿态测量单元。

9.根据权利要求1-8任一项所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述图像生成模块设置有高速数据传输接口或者网口；

所述图像转换模块设置有高速数据传输接口或者网口；

所述视觉姿态测量单元设置有高速数据传输接口或者网口；

所述图像生成模块与所述图像转换模块通过高速数据传输接口或者网口传输图像数据；

所述图像转换模块与所述视觉姿态测量单元通过高速数据传输接口或者网口传输图像数据。

10.根据权利要求1-8任一项所述的视觉姿态测量系统，其特征在于，所述视觉姿态测量单元还用于将计算得到的姿态结果与设定的姿态参数对比，检验所述视觉姿态测量单元的测量性能，并对所述视觉姿态测量系统进行闭环测试。