CN213657764U - 一种高速运动物测量系统硬件架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速运动物测量系统硬件架构，包括主体支架、安装于所述主体支架上的测量头、相机标定尺、反光标记和相机控制盒；所述主体支架可移动地安装于被测物上方预定高度处；所述测量头包含与所述主体支架连接的支撑件，以及安装于所述支撑件上的至少两个相机模块和光源，所述光源为功率3000～4000瓦的频闪灯；所述反光标记设置于被测物上，供所述光源照射而反光。本实用新型可为远距离、大幅面的高速运动物测量提供硬件基础。

Description

一种高速运动物测量系统硬件架构

技术领域

本实用新型涉及双目立体视觉测量技术领域，具体涉及一种远距离大视场高速运动物测量系统的硬件架构。

背景技术

双目立体视觉测量系统主要应用于对物体运动过程进行图像采集，随后通过软件分析计算出每个状态图像中的散斑(标志点)在空间中对应的三维坐标、位移、应变、变形和速度等。而现有的双目立体视觉测量系统，由于测量物距较远时标记点难以被相机识别，光源亮度不够、发热量大但散热不够因而不足以支持相机观察到测量物距远一点的被测物以及标记点，散斑精度难以把控，标定尺较小等设计缺陷，导致大多只能测量物距2米以内、幅面1.5米左右的小场景。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种高速运动物测量系统硬件架构，该硬件架构可供测量物距达8米、幅面达5×5米的远距离大场景，以解决现有的测量系统无法测量物距较远、幅面较大的大场景的技术问题。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种高速运动物测量系统硬件架构，包括主体支架、安装于所述主体支架上的测量头、相机标定尺、反光标记和相机控制盒；所述主体支架可移动地安装于被测物上方预定高度处；所述测量头包含与所述主体支架连接的支撑件，以及安装于所述支撑件上的至少两个相机模块和光源，所述光源为功率3000～4000瓦的频闪灯；所述反光标记设置于被测物上，供所述光源照射而反光。

更进一步地，所述支撑件上设有滑槽，所述相机模块通过与所述滑槽相适配的滑块安装至所述支撑件，以实现所述相机模块在所述支撑件上的左右移动。相机模块可左右移动的设计，使得双目立体视觉测量的相机之间的距离可调，进而使得相机之间的重合幅面可调。

更进一步地，所述频闪灯固定安装于所述相机模块上。

更进一步地，所述频闪灯为环形频闪灯，所述环形频闪灯安装于所述相机模块上时与相机模块的镜头同轴。

更进一步地，所述频闪灯包括散热底座、固定于所述散热底座上的铝基板、阵列分布于所述铝基板上的多个LED灯珠、与所述LED灯珠相适配的多个灯帽以及灯罩，所述灯罩上开设多个与所述灯帽相适配的开孔。本方案可通过LED灯珠实现大功率频闪光源，相比于现有的常亮式灯泡光源，发热量大大减少，并且通过散热底座对灯进行散热，使得频闪灯发热量更少。

更进一步地，所述相机模块设有相机夹角调节装置，用于调节相机左右偏向的角度。

更进一步地，所述相机标定尺由多根标尺拼接而成。

更进一步地，所述被测物为直升机旋翼，所述相机标定尺由四根标尺拼接成与直升机旋翼相一致的十字形状。由多根标尺拼接形成大幅面标定尺的方式，使得测量大尺寸物体的场景下标定尺易于搬运，利用多根较小标尺实现大尺寸标定。

更进一步地，所述反光标记包括粘贴于被测物表面的反光散斑图案和/或反光点。反光标记可以在远距离测量的情况下，被相机很好地识别，提高测量计算的准确率。

更进一步地，所述支架主体通过固定于墙壁或屋顶上的导轨安装于被测物上方8m高度处。

本实用新型的有益效果在于：通过大功率频闪灯、反光标记和相机模块之间的配合，实现远距离、大幅面的场景测量。具体而言，采用反光标记，即便不用太亮的光源，也可以被较大距离处的相机很好地识别，再通过选择合适参数的大视角相机并调整相机之间的距离以及相机的左右偏向角度，实现远距离、大幅面的大场景测量。

附图说明

图1是本实用新型实施例的高速运动物测量系统测量直升机旋翼形变的示意图；

图2是本实用新型实施例测量头的结构示意图；

图3是本实用新型实施例相机模块和环形频闪灯的连接示意图；

图4是本实用新型实施例的相机模块示意图；

图5是本实用新型实施例的大幅面标定尺组装示意图；

图6是本实用新型实施例的反光标记示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合具体的实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型针对直升机旋翼形变的测量，提出一种高速运动物测量系统硬件架构，可为直升机旋翼形变测量提供硬件基础。参考图1至图6，该测量系统的硬件架构包括主体支架1、安装于主体支架1上的测量头2、相机标定尺3、反光标记4和相机控制盒5；主体支架1作为测量系统的支撑主体，可通过例如高空导轨的装置进行安装，比如固定在室内屋顶或墙壁上的导轨，主体支架1可移动地安装于被测物100上方预定高度处的导轨上。在一种实施例中，所述预定高度大约为8米，即，进行物距8米的测量。

如图2所示，在一个实施例中，测量头2包含与主体支架1连接的支撑件21，以及安装于支撑件21上的相机模块22、23和光源。支撑件21例如是一支撑杆，杆上设有滑槽，相机模块22可通过与滑槽相适配的滑块26安装至支撑件21上，同理相机模块23也通过滑块进行安装，从而可以实现相机模块在支撑件21上的左右移动，这种左右移动可以调整两个相机之间重合的视场，即幅面，以改变测量计算的精确度。优选地，所述光源为功率3000～4000瓦的频闪灯，相机模块22和23上分别固定频闪灯24和25。所述频闪灯优选地为环形频闪灯，如图3所示，其中图3的(a)示意了频闪灯24的结构组成，图3的(b)示意了频闪灯24与相机模块22的连接关系，频闪灯24包括环形的散热底座241、固定于散热底座上的环形铝基板242、阵列分布于铝基板242上的多个LED灯珠、与LED灯珠相适配的多个灯帽243以及灯罩244，所述灯罩244上开设多个与所述灯帽243相适配的开孔。应当理解的是，环形频闪灯是以整体式部件安装到相机模块上，比如套在相机的镜头上，进行螺丝固定，保证频闪灯与相机模块的同轴性。本实施例中通过采用数十个甚至上百个LED灯珠，并以100Hz的频率开/关实现大功率频闪灯，功率可高达3000～4000瓦，虽然功率高，但由于是采用LED灯并且设计了鳍片式的散热部件，因此本实施例的大功率频闪灯发热量很少。

如图4所示，在一种更优选的实施例中，相机模块还包括有相机夹角调节装置27，用于调节相机左右偏向的角度，比如需要增加相机模块22和23的重合幅面时，可通过相机模块22的相机夹角调节装置调节相机模块22往右偏，同时，还可通过相机模块23的相机夹角调节装置调节相机模块23往左偏，从而增加相机模块22和23的重合幅面。该夹角调节装置上标记有调节角度刻度。

如图6所示为本实用新型实施例的反光标记示意图，反光标记4包括反光材质制作的反光散斑图案和/或反光点。在一种实施例中，采用深灰色的反光标记点，为圆形黑底白点的反光标记点，反光标记点粘贴在被测物表面，稍微有光源照射就会产生反光效果，非常有利于相机对反光标记点的识别并采集图片。反光散斑图案，采用深灰色的反光卷材，设计相关散斑图案，然后根据设计出的散斑图案加工出所需要的的反光散斑，最后将反光散斑粘贴在被测物表面。可以同时粘贴散斑图案和标记点，比如在反光散斑图案的中心处粘贴反光标记点，更有利于识别。

在利用本实用新型的测量系统测量直升机旋翼形变的一种实施例中，被测物直升机旋翼模型安装在地面的一底座200上，而测量系统固定在被测物上方8米的高空，直升机旋翼模型直径4米，并且测量时直升机旋翼模型模拟飞行时的高速旋转。在一种优选的实施例中，采用A9B57MX250型CXP工业相机进行这种大幅面、远距离的双目立体视觉测量，同时采用大幅面标定尺进行远距离(8米)标定，同时在被测物表面粘贴反光标记，用户可在本实用新型的硬件架构基础上，通过相机控制盒发出指令控制相机模块采集被测物图像，再根据图像计算测量结果，应当说明的是，利用控制盒控制相机采集行为的步骤以及利用图像计算测量结果的步骤并不在本实用新型的保护范围，因此不在此进行赘述。

在测量之前，需要先调节测量头。首先，在地面上放置长宽5×5米的型材框架，将调焦板固定在框架上，并将框架稳固地放置在地面上，然后将安装完整的测量头固定在三脚架上，并控制好测量头和型材框架8米的测量物距，主要目的是在8米的测量物距下，调节测量头的左右相机的相机间距和相机夹角，来保证满足5×5米的测量幅面，相机间距通过左右移动相机模块来调节，左右移动完成后通过螺丝紧固安装好，然后通过相机夹角调节装置来调节相机的左右偏向的角度，确保公共幅面重合，再利用调焦板来调节镜头焦距，如此一来，测量头的左右相机的相机间距、相机夹角以及镜头焦距都可以得到很好地调节，以适应设定好的测量物距和幅面。

另外，在测量开始之前还需要组装大幅面标定尺，首先将四根长2米的标尺通过十字接头组装成与直升机旋翼形状相一致的大幅面标定尺，如图5所示，图5中的(a)表示组装前的状态，包含四根长度均为2米的标尺31；图5中的(b)表示组装而成的大幅面标定尺3，幅面达4×4米，达到大幅面标定的目的。极大的方便了人工搬运的难易程度和物流运输的成本。

完成测量头的调节之后，将调节好的测量头从三脚架上整体拆下，并固定在主体支架1上，再将组装好的大幅面标定尺放在被测物附近(离直升机旋翼最近的位置，但要注意标定时大幅面标定尺和直升机旋翼不要干涉)，以进行标定。因为直升机旋翼在12米高空中，人不能在高空中对相机内外参数进行调试，所以标定分为地面标定和高空标定，地面标定是在地面模拟好8米的测量物距以及5×5米的测量幅面，然后再测量幅面内粘贴调焦纸，然后根据测量幅面大小和调焦纸确定出相机机距，相机夹角以及镜头焦距，高空标定是利用高空长臂升降车将大幅面标定尺升高至被测物(直升机旋翼附近)进行相机的相关内参数标定，从而通过地面标定和高空标定完成整个标定流程。最后接通测量系统电源，开启设备，对高速运动中的直升机旋翼进行图片采集以及软件分析，得出测量结果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：包括主体支架(1)、安装于所述主体支架(1)上的测量头(2)、相机标定尺(3)、反光标记(4)和相机控制盒(5)；

所述主体支架(1)可移动地安装于被测物(100)上方预定高度处；

所述测量头(2)包含与所述主体支架(1)连接的支撑件(21)，以及安装于所述支撑件(21)上的至少两个相机模块(22、23)和光源，所述光源为功率3000～4000瓦的频闪灯(24、25)；

所述反光标记(4)设置于被测物(100)上，供所述光源照射而反光。

2.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述支撑件(21)上设有滑槽，所述相机模块通过与所述滑槽相适配的滑块(26)安装至所述支撑件，以实现所述相机模块在所述支撑件上的左右移动。

3.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述频闪灯固定安装于所述相机模块上。

4.如权利要求3所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述频闪灯为环形频闪灯，所述环形频闪灯安装于所述相机模块上时与相机模块的镜头同轴。

5.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述频闪灯包括散热底座(241)、固定于所述散热底座上的铝基板(242)、阵列分布于所述铝基板上的多个LED灯珠、与所述LED灯珠相适配的多个灯帽(243)以及灯罩(244)，所述灯罩上开设多个与所述灯帽相适配的开孔。

6.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述相机模块设有相机夹角调节装置，用于调节相机左右偏向的角度。

7.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述相机标定尺(3)由多根标尺(31)拼接而成。

8.如权利要求7所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述被测物为直升机旋翼，所述相机标定尺(3)由四根标尺(31)拼接成与直升机旋翼相一致的十字形状。

9.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述反光标记(4)包括粘贴于被测物表面的反光散斑图案和/或反光点。

10.如权利要求1所述的高速运动物测量系统硬件架构，其特征在于：所述主体支架(1)通过固定于墙壁或屋顶上的导轨安装于被测物上方8m高度处。

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