CN109686198A - 一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及及视觉领域和物理实验邻域，特别涉及一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统。本发明对现有摆动运动物理实验测量不改变主要的实验装置，采用高速摄影机配合背景二维平面坐标系实时测量摆动运动中的小球，将完整的摆动运动过程进行记录，通过连接高速摄像机的电脑中编制的计算机视觉图像处理软件进行识别，计算摆动小球的高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间、小球在背景二维平面坐标系中的准确位置。同时，通过编制的软件直观的在屏幕上模拟显示摆动运动的小球的运动状态，实时显示出摆动运动的小球高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间，具有非常直观的显示效果。

Description

一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统

技术领域

本发明涉及及视觉领域和物理实验邻域，特别涉及一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统。

背景技术

物理实验中摆动运动的测量是运动定律的一个重要部分，涉及到悬垂的小球在垂直摆动运动过程中的高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间，摆动次数、时间、最高点之间的关系是实验中所需要验证的，并最终计算出实验时的重力加速度。当前的实验测量方法主要是采用刻度尺、秒表和游标卡尺结合的测量方法，该方法主要问题是测量准确度不高，人为误差较大，没有对实验过程的复原和演示。

当今迅速发展的计算机计算机视觉技术可以非常好的应用到摆动运动物理实验的测量中，由于计算机视觉技术优势在于时间和位置变化的准确测量，以及增加的高速摄影机和背景二维平面坐标系的独立特点，因此，对于摆动运动物理实验的装置不需要进行大的更新，在保持原有实验装置基本不变的前提下，通过对高速摄影机的使用，可以准确测量实验中的高低点变化频率、到达最高点的位置和时间，同时可以在计算机屏幕上进行直观的演示和复原，是对摆动运动物理实验测试方法的革新与提升。

发明内容

本发明为了解决目前物理实验中摆动运动的准确测量和计算，在不对现有物理实验装置进行较大改动的前提下，通过增加连接笔记本电脑的高速摄影机和背景二维平面坐标系，对摆动运动物体通过计算机计算机视觉技术进行准确测量和计算的方法，将现有的摆动运动物理实验装置改造成一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统。

一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统，包含由底板、垂直支架、背景板、摆动运动小球、高速摄影机、电脑组成，其中，所述垂直支架的一端固定于所述底板上，所述垂直支架的另一端悬挂所述摆动运动小球；所述背景板固定于所述底板上；所述背景板的板面靠近所述摆动运动小球，但是不接触所述摆动运动小球；所述高速摄像机正对于所述背景板的板面和所述摆动运动小球，所述高速摄像机拍摄所述摆动运动小球的摆动运动；所述电脑获取所述高速摄像机拍摄的所述摆动运动小球的摆动运动图像；其包含三个步骤：

步骤1，实验前准备；

步骤2，初始化设置；每次记录的影像首先在软件中进行初始值设置；

步骤3，开启高速摄影机，进行一次摆动运动小球的运动测试，将此次的记录影像传送到电脑中；

步骤4，采用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，得到实验结论，完成实验。

优选的，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，包含：

步骤4.1，获取摆动运动小球的高低点变化频率、到达最大点的位置和时间；按照所述步骤1的初始化设置将影像中每帧图片都提取保存到临时目录中，按照前后顺序进行图片的自动编号，通过所述编号得到摆动运动小球的高低点变化频率、到达最高点的位置和时间；

步骤4.2，获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，并通过背景板上面二维平面坐标系网格，将摆动运动小球的中心点在二维坐标系的位置准确识别并记录，得到所有帧数图片中摆动运动小球中心点的二维坐标值，将所有图片中摆动运动小球中心点的二维坐标值保存，获得摆动运动小球的实时运动位置；

步骤4.3，获取每次实验中摆动运动小球运动的时间；找到位置变化的第一个数值，所述第一个数值的前一个位置为开始时间和位置；当摆动运动小球从开始摆动运动最终达到垂直静止时刻，当摆动运动小球连续n次的停止位置都没有变化，就把这n次没有变化的数值作为停止时刻位置，找到第一个没有变化的位置就是结束的时间和位置。将摆动运动小球运动的开始时间和结束时间顺序保存，就是摆动运动小球的运动一次的完整位置数据，每组位置数据的时间间隔就是固定帧数的时间间隔与图像帧数的乘积。

优选的，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，还包含：

通过软件绘图功能，动态的复原摆动运动小球完整的运动过程，直观的进行演示。

优选的，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，还包含：

通过软件分析计算出结果后，保留得到的数据，按照事先设定的实验初始值保留文件，以后可以随时调取数据进行动态模拟演示。

优选的，所述步骤1，包含：

将摆动运动实验需要的器材进行摆放，将底板放置在实验桌上，将支架固定在底板上，将背景板摆放到底板上，在支架上系好摆动运动小球，使摆动运动小球可以顺滑的在背景板表面做摆动运动，摆动时尽量选择摩擦力最小的悬挂位置。

优选的，所述的步骤3，包含：

将高速摄影机固定在三脚架上，放置在实验桌前，使高速摄影机、摆动运动小球和背景板为前后顺序，将笔记本电脑摆放在实验桌侧边，并且将高速摄影机和笔记本电脑用专用数据电缆相连，保证笔记本电脑中的软件可以顺利接收高速摄影机拍摄下摆动运动小球的摆动运动影像；

用三脚架调节高速摄影机拍摄的水平和垂直位置，用水平尺调节高速摄影机的镜头与实验桌上的静止的悬垂摆动运动小球的中心在一个水平平面上，调节三脚架使高速摄影机与实验桌保持一定距离，使摄影机可以完全拍摄下摆动运动小球的整个摆动运动过程；

按照实验要求做悬垂摆动运动小球的摆动运动测试，使摆动运动小球在背景板前面进行摆动运动，每次测试前将高速摄影机开启摄像功能，完成每次实验都将拍摄的影像传输到笔记本电脑中，用软件将影像进行保存、记录和分析。

优选的，所述的步骤2，包含：

每次记录的影像首先在软件中进行初始值设置。初始值有实验名称、实验地点、实验人员、试验时间、第几次实验、当前实验影像文件名称，还有高速摄影机的型号、拍摄时设定的拍摄帧数、快门时间和每帧图像的长和宽的像素值。这些初始值多数只设置一次，只有实验时间、第几次实验等几个每次实验的变化值需要每次设置。

优选的，通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，包含：

所述摆动运动小球的颜色为RGB(x1, x2, x3)，并且所述摆动运动小球的颜色与所述记录影像中其他物体的颜色不一样；

根据颜色阈值分离出摆动运动小球。

优选的，通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，包含：

为所述摆动运动小球粘贴预设特征的贴纸；

采用预设特征，从所述记录影像中分离出运动摆动运动小球。

一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统，包含实验桌、底板、支架、背景板、摆动运动小球、高速摄影机、电脑，其包含三个单元：

实验前准备模块；

初始化设置模块；

录像模块；开启高速摄影机，进行一次摆动运动小球的运动测试，将此次的记录影像传送到电脑中；

计算实验结果模块；采用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，得到实验结论，完成实验。

优选的，所述的计算实验结果模块，包含：

获取摆动运动小球的高低点变化频率、到达最大点的位置和时间单元；

获取摆动运动小球的实时运动位置单元；

获取每次实验中摆动摆动运动小球运动的时间单元。

通过所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统可以对现有摆动运动物理实验装置不进行大的改动，只是增加了表面绘制成二维平面坐标系网格的背景板、高速摄影机和笔记本电脑，实现了摆动运动物理实验的自动测量，并且通过软件很好的演示了摆动的小球高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间等，计算出实验时的重力加速度，适用于现有的各种类型的摆动运动物理实验装置，克服了现有实验的测量准确度不高，人为误差较大，没有对实验过程的复原和演示，提高了实验的测量精度和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统的表面绘制成二维平面坐标系网格的背景板示意图。

图2为一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统的运动系统示意图。

图3为一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统的测量系统示意图。

图中：1、实验桌；2、底板；3、支架；4、背景板；5、摆动运动小球；6、高速摄像机；7、电脑。

实施例

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统，包含由底板、垂直支架、背景板、摆动运动小球、高速摄影机、电脑组成，其中，所述垂直支架的一端固定于所述底板上，所述垂直支架的另一端悬挂所述摆动运动小球；所述背景板固定于所述底板上；所述背景板的板面靠近所述摆动运动小球，但是不接触所述摆动运动小球；所述高速摄像机正对于所述背景板的板面和所述摆动运动小球，所述高速摄像机拍摄所述摆动运动小球的摆动运动；所述电脑获取所述高速摄像机拍摄的所述摆动运动小球的摆动运动图像；其包含三个步骤：

步骤1，实验前准备。

将通常摆动运动实验需要的器材进行摆放，将底板2放置在实验桌1上，将支架3固定在底板2上，将表面绘制成二维平面坐标系网格的背景板4摆放到底板2上，在支架2上系好悬垂小球5，使小球可以顺滑的在背景板表面做摆动运动，摆动时尽量选择摩擦力最小的悬挂位置。

可选的，一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统的表面绘制成二维平面坐标系网格的背景板。背景板为浅色长方形平板结构，底部和背部安装有支撑的结构组件，平板水平方向长度为120厘米，竖直方向为60厘米，平板上绘制平面网格，间隔为5厘米等距的正方形，平板绘制的网格水平方向为100厘米，竖直方向为50厘米，网格在平板上居中用黑色直线绘制。

可选的，基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量要选择合适的高速摄影机，摄像机采用FHD（Full High Definition）全高清分辨率1920*1080图像，每秒拍摄帧数在50帧及以上即可，如选用50帧/秒拍摄，每帧图像的间隔时间为0.02秒，对于摆动运动的悬垂小球高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间将完全适用。

步骤2，初始化设置；每次记录的影像首先在软件中进行初始值设置。

每次记录的影像首先在软件中进行初始值设置。初始值有实验名称、实验地点、实验人员、试验时间、第几次实验、当前实验影像文件名称，还有高速摄影机6的型号、拍摄时设定的拍摄帧数、快门时间和每帧图像的长和宽的像素值。这些初始值多数只设置一次，只有实验时间、第几次实验等几个每次实验的变化值需要每次设置。

步骤3，开启高速摄影机，进行一次摆动运动小球的运动测试，将此次的记录影像传送到电脑中。

将高速摄影机6固定在三脚架上，放置在实验桌前，使高速摄影机6、悬垂的小球5和背景板4为前后顺序，将笔记本电脑7摆放在实验桌侧边，并且将高速摄影机6和笔记本电脑7用专用数据电缆相连，保证笔记本电脑7中的软件可以顺利接收高速摄影机6拍摄下小球5的摆动运动影像。

用三脚架调节高速摄影机6拍摄的水平和垂直位置，用水平尺调节高速摄影机6的镜头与实验桌上的静止的悬垂小球5的中心在一个水平平面上，调节三脚架使高速摄影机6与实验桌保持一定距离，使摄影机可以完全拍摄下小球5的整个摆动运动过程。

按照实验要求做悬垂小球5的摆动运动测试，使小球5在背景板4前面进行摆动运动，每次测试前将高速摄影机6开启摄像功能，完成每次实验都将拍摄的影像传输到笔记本电脑7中，用软件将影像进行保存、记录和分析。

步骤4，采用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，得到实验结论，完成实验。

实施例二

用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，包含：

步骤4.1，获取摆动运动小球的高低点变化频率、到达最大点的位置和时间；按照所述步骤1的初始化设置将影像中每帧图片都提取保存到临时目录中，按照前后顺序进行图片的自动编号，通过所述编号得到摆动小球的高低点变化频率、到达最高点的位置和时间。

步骤4.2，获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，并通过背景板上面二维平面坐标系网格，将小球的中心点在二维坐标系的位置准确识别并记录，得到所有帧数图片中小球中心点的二维坐标值，将所有图片中小球中心点的二维坐标值保存，获得摆动运动小球的实时运动位置。

可选的，所述摆动运动小球的颜色为RGB(x1, x2, x3)，并且所述摆动运动小球的颜色与所述记录影像中其他物体的颜色不一样；根据颜色阈值分离出摆动运动小球。

可选的，为所述摆动运动小球粘贴预设特征的贴纸；采用预设特征，从所述记录影像中分离出运动小球。

步骤4.3，获取每次实验中摆动小球运动的时间；找到位置变化的第一个数值，所述第一个数值的前一个位置为开始时间和位置；当小球从开始摆动运动最终达到垂直静止时刻，当摆动运动小球连续n次的停止位置都没有变化，就把这n次没有变化的数值作为停止时刻位置，找到第一个没有变化的位置就是结束的时间和位置。将小球运动的开始时间和结束时间顺序保存，就是摆动运动小球的运动一次的完整位置数据，每组位置数据的时间间隔就是固定帧数的时间间隔与图像帧数的乘积。

实施例三

用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，包含：

步骤4.1，获取摆动运动小球的高低点变化频率、到达最大点的位置和时间；按照所述步骤1的初始化设置将影像中每帧图片都提取保存到临时目录中，按照前后顺序进行图片的自动编号，通过所述编号得到摆动小球的高低点变化频率、到达最高点的位置和时间。

步骤4.2，获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，并通过背景板上面二维平面坐标系网格，将小球的中心点在二维坐标系的位置准确识别并记录，得到所有帧数图片中小球中心点的二维坐标值，将所有图片中小球中心点的二维坐标值保存，获得摆动运动小球的实时运动位置。

可选的，所述摆动运动小球的颜色为RGB(x1, x2, x3)，并且所述摆动运动小球的颜色与所述记录影像中其他物体的颜色不一样；根据颜色阈值分离出摆动运动小球。

可选的，为所述摆动运动小球粘贴预设特征的贴纸；采用预设特征，从所述记录影像中分离出运动小球。

步骤4.3，获取每次实验中摆动小球运动的时间；找到位置变化的第一个数值，所述第一个数值的前一个位置为开始时间和位置；当小球从开始摆动运动最终达到垂直静止时刻，当摆动运动小球连续n次的停止位置都没有变化，就把这n次没有变化的数值作为停止时刻位置，找到第一个没有变化的位置就是结束的时间和位置。将小球运动的开始时间和结束时间顺序保存，就是摆动运动小球的运动一次的完整位置数据，每组位置数据的时间间隔就是固定帧数的时间间隔与图像帧数的乘积。

步骤4.4，通过软件绘图功能，动态的复原摆动运动小球完整的运动过程，直观的进行演示。

实施例四

用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，包含：

步骤4.1，获取摆动运动小球的高低点变化频率、到达最大点的位置和时间；按照所述步骤1的初始化设置将影像中每帧图片都提取保存到临时目录中，按照前后顺序进行图片的自动编号，通过所述编号得到摆动小球的高低点变化频率、到达最高点的位置和时间。

步骤4.2，获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，并通过背景板上面二维平面坐标系网格，将小球的中心点在二维坐标系的位置准确识别并记录，得到所有帧数图片中小球中心点的二维坐标值，将所有图片中小球中心点的二维坐标值保存，获得摆动运动小球的实时运动位置。

可选的，所述摆动运动小球的颜色为RGB(x1, x2, x3)，并且所述摆动运动小球的颜色与所述记录影像中其他物体的颜色不一样；根据颜色阈值分离出摆动运动小球。

可选的，为所述摆动运动小球粘贴预设特征的贴纸；采用预设特征，从所述记录影像中分离出运动小球。

步骤4.3，获取每次实验中摆动小球运动的时间；找到位置变化的第一个数值，所述第一个数值的前一个位置为开始时间和位置；当小球从开始摆动运动最终达到垂直静止时刻，当摆动运动小球连续n次的停止位置都没有变化，就把这n次没有变化的数值作为停止时刻位置，找到第一个没有变化的位置就是结束的时间和位置。将小球运动的开始时间和结束时间顺序保存，就是摆动运动小球的运动一次的完整位置数据，每组位置数据的时间间隔就是固定帧数的时间间隔与图像帧数的乘积。

步骤4.4，通过软件分析计算出结果后，保留得到的数据，按照事先设定的实验初始值保留文件，以后可以随时调取数据进行动态模拟演示。

通过所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统可以对现有摆动运动物理实验装置不进行大的改动，只是增加了表面绘制成二维平面坐标系网格的背景板、高速摄影机和笔记本电脑，实现了摆动运动物理实验的自动测量，并且通过软件很好的演示了摆动的小球高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间等，计算出实验时的重力加速度，适用于现有的各种类型的摆动运动物理实验装置，克服了现有实验的测量准确度不高，人为误差较大，没有对实验过程的复原和演示，提高了实验的测量精度和准确度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量方法和系统，包含由底板、垂直支架、背景板、摆动运动小球、高速摄影机、电脑组成，其中，所述垂直支架的一端固定于所述底板上，所述垂直支架的另一端悬挂所述摆动运动小球；所述背景板固定于所述底板上；所述背景板的板面靠近所述摆动运动小球，但是不接触所述摆动运动小球；所述高速摄像机正对于所述背景板的板面和所述摆动运动小球，所述高速摄像机拍摄所述摆动运动小球的摆动运动；所述电脑获取所述高速摄像机拍摄的所述摆动运动小球的摆动运动图像；其包含三个步骤：

步骤1，实验前准备；

步骤2，初始化设置；每次记录的影像首先在软件中进行初始值设置；

步骤3，开启高速摄影机，进行一次摆动运动小球的运动测试，将此次的记录影像传送到电脑中；

步骤4，采用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，得到实验结论，完成实验。

2.根据权利要求1所述的采用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，包含：

步骤4.1，获取摆动运动小球的高低点变化频率、到达最大点的位置和时间；按照所述步骤1的初始化设置将影像中每帧图片都提取保存到临时目录中，按照前后顺序进行图片的自动编号，通过所述编号得到摆动运动小球的高低点变化频率、到达最高点的位置和时间；

步骤4.2，获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，并通过背景板上面二维平面坐标系网格，将摆动运动小球的中心点在二维坐标系的位置准确识别并记录，得到所有帧数图片中摆动运动小球中心点的二维坐标值，将所有图片中摆动运动小球中心点的二维坐标值保存，获得摆动运动小球的实时运动位置；

步骤4.3，获取每次实验中摆动运动小球运动的时间；找到位置变化的第一个数值，所述第一个数值的前一个位置为开始时间和位置；当摆动运动小球从开始摆动运动最终达到垂直静止时刻，当摆动运动小球连续n次的停止位置都没有变化，就把这n次没有变化的数值作为停止时刻位置，找到第一个没有变化的位置就是结束的时间和位置；

将摆动运动小球运动的开始时间和结束时间顺序保存，就是摆动运动小球的运动一次的完整位置数据，每组位置数据的时间间隔就是固定帧数的时间间隔与图像帧数的乘积。

3.根据权利要求2所述用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，还包含：

通过软件绘图功能，动态的复原摆动运动小球完整的运动过程，直观的进行演示。

4.根据权利要求2所述的用用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，还包含：

通过软件分析计算出结果后，保留得到的数据，按照事先设定的实验初始值保留文件，以后可以随时调取数据进行动态模拟演示。

5.根据权利要求1所述步骤1，包含：

将摆动运动实验需要的器材进行摆放，将底板放置在实验桌上，将支架固定在底板上，将背景板摆放到底板上，在支架上系好摆动运动小球，使摆动运动小球可以顺滑的在背景板表面做摆动运动，摆动时尽量选择摩擦力最小的悬挂位置。

6.根据权利要求1所述的步骤3，包含：

将高速摄影机固定在三脚架上，放置在实验桌前，使高速摄影机、摆动运动小球和背景板为前后顺序，将笔记本电脑摆放在实验桌侧边，并且将高速摄影机和笔记本电脑用专用数据电缆相连，保证笔记本电脑中的软件可以顺利接收高速摄影机拍摄下摆动运动小球的摆动运动影像；

用三脚架调节高速摄影机拍摄的水平和垂直位置，用水平尺调节高速摄影机的镜头与实验桌上的静止的悬垂摆动运动小球的中心在一个水平平面上，调节三脚架使高速摄影机与实验桌保持一定距离，使摄影机可以完全拍摄下摆动运动小球的整个摆动运动过程；

按照实验要求做悬垂摆动运动小球的摆动运动测试，使摆动运动小球在背景板前面进行摆动运动，每次测试前将高速摄影机开启摄像功能，完成每次实验都将拍摄的影像传输到笔记本电脑中，用软件将影像进行保存、记录和分析。

7.根据权利要求1所述的步骤2，包含：

每次记录的影像首先在软件中进行初始值设置；

初始值有实验名称、实验地点、实验人员、试验时间、第几次实验、当前实验影像文件名称，还有高速摄影机的型号、拍摄时设定的拍摄帧数、快门时间和每帧图像的长和宽的像素值；

这些初始值多数只设置一次，只有实验时间、第几次实验等几个每次实验的变化值需要每次设置。

8.根据权利要求2所述的获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，包含：

所述摆动运动小球的颜色为RGB(x1, x2, x3)，并且所述摆动运动小球的颜色与所述记录影像中其他物体的颜色不一样；

根据颜色阈值分离出摆动运动小球。

9.根据权利要求2所述的获取摆动运动小球的实时运动位置；通过图像模式识别，识别出摆动运动小球的中心，包含：

为所述摆动运动小球粘贴预设特征的贴纸；

采用预设特征，从所述记录影像中分离出运动摆动运动小球。

10.一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验测量系统，包含实验桌、底板、支架、背景板、摆动运动小球、高速摄影机、电脑，其包含三个单元：

实验前准备模块；

初始化设置模块；

录像模块；开启高速摄影机，进行一次摆动运动小球的运动测试，将此次的记录影像传送到电脑中；

计算实验结果模块；采用计算机计算机技术，根据所述记录影像，得到实验需求的实验数据，得到实验结论，完成实验。