专利名称：基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置及设计方法
技术领域：
本发明涉及一种基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置及其设计方法，属 于图像测试技术领域。
背景技术：
桅杆升降系统在侦察车中具有重要作用，桅杆升降系统从最低上升到最高过程 中，由于桅杆导轨存在间隙或者结构变形等原因，在负重或风力的作用下，会存在一定的扭 转变形角度，此参数为桅杆升降系统关键参数，直接关系到侦察系统的精度，因此如何高精 度测试这一扭转角度至关重要。由于桅杆升降高度可达到近8m，并且在不同高度时的扭转 角度也不同，因此该角度无法通过直接安装角度传感器测量，目前还没有出现检测该系统 扭转角度的测试装置。发明内容
本发明的目的是为了对桅杆系统扭转角度进行测试，提出一种基于高速摄像机的 桅杆系统扭转角度测试装置及设计方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置的设计方法为将两个高能激 光器以一定间距固定在被测桅杆系统最顶部，使其发出的激光束分别照射在置于底座的成 像板上，形成两个圆形光斑；同时采用高速摄像机实时采集成像板上的图像，提取图像中两 个光斑的中心位置；在被测桅杆系统升降过程中，两个高能激光器随被测桅杆系统一起发 生扭转，通过高速摄像机记录下光斑确定的初始直线以及扭转过程中的实时直线位置，计 算得到被测桅杆系统的扭转角度。本装置的设计方案中采用无线模块作为数据传输方式， 简化安装并提高了信号传输可靠性。
依据本发明所述的设计方法制作的桅杆系统扭转角度测试装置，包括测试端和监 控计算机。其中，测试端包括测试台底座、成像板、两个高能激光器、激光器供电控制模块、 面阵摄像机、嵌入式图像处理系统和可充电电池，用于完成测试过程中图像拍摄及计算处理等任务。
监控计算机带有无线模块，用于接收测试端传来的测试结果，并计算桅杆系统升 降过程中的实时扭转角度，进行实时监控；其中的系统软件用于计算机显示、存储、打印扭 转角度测试性能指标。
测试台底座用来放置成像板、面阵摄像机、嵌入式图像处理系统和可充电电池，起 到固定作用。
两个高能激光器为第一高能激光器和第二高能激光器，以一定间距安置在被测桅 杆系统顶部与之垂直的支杆上。两个高能激光器的发射端竖直向下安装，发出的激光束分 别照射到成像板上形成圆形光斑。
激光器供电控制模块包括带无线接收功能的供电电路和无线遥控装置。通过无线遥控装置控制供电电路以遥控两个高能激光器的供电电源通断，达到节电和减少电缆连线 的目的。
成像板为平板结构，采用漫反射性能较好的透光而不透明的材料，以保证激光束 在成像板上形成较好的光斑。
面阵摄像机置于成像板正下方中心位置，镜头竖直朝上，用于拍摄成像板的图像； 通过调整其与成像板的间距及自身位置，使成像板面充满面阵摄像机的视场范围。
嵌入式图像处理系统由嵌入式图像处理板和无线模块组成，用于实时采集、处理 面阵摄像机的图像，并实时计算出两个光斑的中心位置，进而得到由两个光斑中心确定的 直线位置，同时由无线模块将测试结果发送到监控计算机。
可充电电池为面阵摄像机和嵌入式图像处理系统供电。
测试装置各部分之间的连接关系为第一高能激光器和第二高能激光器通过伸出 的支杆固定于被测桅杆系统的顶部，激光器供电控制模块的供电电路置于支杆上或被测桅 杆系统顶部、通过信号线与第一高能激光器和第二高能激光器连接；成像板通过支架平行 于测试台底座放置、且与测试台底座相隔一定距离；面阵摄像机、可充电电池、嵌入式图像 处理系统固定在测试台底座上。嵌入式图像处理系统与面阵摄像机相连，可充电电池分别 与面阵摄像机和嵌入式图像处理系统相连。监控计算机与测试端通过无线模块传输结果。
本发明的测试装置的具体测试步骤如下
步骤1，在桅杆系统升降前开启测试端，由激光器供电控制模块的无线遥控装置控 制激光器供电控制模块的供电电路打开两个高能激光器。
步骤2，在步骤1之后、桅杆系统升降前，通过面阵摄像机采集图像并传输到嵌入 式图像处理系统，得到两个光斑的中心位置，并由两个光斑中心确定初始直线位置，并由嵌 入式图像处理系统通过无线模块将测试结果发送到监控计算机。
步骤3，桅杆系统在升降过程中，通过面阵摄像机实时采集成像板图像并传输到嵌 入式图像处理系统，得到两个光斑的中心位置，再由两个光斑中心确定实时直线位置，并由 嵌入式图像处理系统通过无线模块将测试结果发送到监控计算机进行实时监控。
步骤4，桅杆系统升降结束后，监控计算机根据步骤2和步骤3中无线模块传来的 实时直线位置，结合初始直线位置，计算得到桅杆系统的实时扭转角度。
有益效果
本发明提出的设计方法和制作的测试装置解决了侦察车中桅杆升降系统的扭转 角度测试的问题，具有以下优点
(1)采用高速面阵摄像机可实时检测不同高度时桅杆系统的扭转角度，误差小、精度高；
(2)装置中采用了多个无线模块以进行实时数据和信号传输，操作者可遥控装置， 还可立刻看到测试结果，实时性好，具有节电和减少电缆连线的优点；
(3)通过测试得到的实时扭转角度可以校正桅杆系统的参数，以提高整个侦察系 统的精度。
本发明的设计方法不仅可以适用于侦察车的桅杆系统上，还可以应用于类似的高 精度角度测试中。


图1为本发明的具体实施方式
中基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置 的示意图2为本发明的具体实施方式
中基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置 的成像板图像示意图。
标号说明
1-测试台底座，2-被测桅杆系统，3-成像板，4-第一支架，5-第二支架，6_嵌入式 图像处理系统，7-面阵摄像机，8-可充电电池，9-第一高能激光器，10-第二高能激光器， 11-支杆，12-激光器供电控制模块的供电电路，13-激光器供电控制模块的无线遥控装置， 14-监控计算机。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的及优点，下面结合附图及桅杆系统扭转角度测试实例 来进一步说明。
本发明所述的基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置的设计方法为将两 个高能激光器以一定间距固定在被测桅杆系统最顶部，其发出的激光束分别照射在置于底 座的成像板上，形成两个圆形光斑；同时采用高速摄像机实时采集成像板上的图像，提取图 像中的两个光斑的中心位置；在被测桅杆系统升降过程中，两个高能激光器随被测桅杆系 统一起发生扭转，通过高速摄像机记录下光斑确定的初始直线以及扭转过程中的实时直线 位置，计算得到被测桅杆系统的扭转角度。本装置的设计方案中采用无线模块作为数据传 输方式，简化安装并提高了信号传输可靠性。
本实施例用本发明的测试装置测量侦察车的被测桅杆系统2的扭转角度。如图1 所示，依据本发明所述的设计方法制作的测试装置由测试端和监控计算机14组成。测试端 包括测试台底座1，成像板3，面阵摄像机7，可充电电池8，第一高能激光器9，第二高能激光 器10，激光器供电控制模块(包括供电电路12和无线遥控装置1 、嵌入式图像处理系统 6。
成像板3是尺寸为600mm X 400mm的四边形钢架结构，与测试台底座1相距 1000mm，通过第一支架4和第二支架5平行于测试台底座1放置。面阵摄像机7位于成像 板3中心的正下方位置。第一高能激光器9和第二高能激光器10间距200mm安装在桅杆 系统顶部伸出的支杆11上，并且第一高能激光器9和第二高能激光器10发射的激光束照 射在成像板3的中间部分，避免扭转过程中光斑超出成像板面。激光器供电控制模块的供 电电路12置于支杆11上。可充电电池8和嵌入式图像处理系统6均置于测试平台底座1 上，位于成像板3的下方。面阵摄像机7的分辨率为1400X10M像素，帧频为110帧/秒， 曝光时间为μ s级，镜头焦距为4mm，其数据接口方式均为高速通讯接口。嵌入式图像处理 系统6可通过通讯接口实时得到面阵摄像机7采集的图像。面阵摄像机7和嵌入式图像处 理系统6均由可充电电池8供电。
将本发明的测试装置在室内常温环境中进行测试，其工作过程如下
步骤1，在桅杆系统升降前开启测试端的设备，由激光器供电控制模块的无线遥控 装置13控制激光器供电控制模块的供电电路12打开第一高能激光器9和第二高能激光器10。
步骤2，在步骤1之后、桅杆系统升降前，通过面阵摄像机7采集图像并传输到嵌入 式图像处理系统6，得到两个初始光斑的中心位置Pltj (Pl0x, Pl0y)和P2。(P2ox, P2oy)，并由两个 初始光斑中心确定初始直线位置PltjP2。，斜率kQ = (P20y-Pl0y) / (Ρ20χ-Ρ 0χ)，并由嵌入式图像 处理系统6通过无线模块将测试结果发送到监控计算机14。
步骤3，桅杆系统在升降过程中，通过面阵摄像机7实时采集成像板图像并传输到 嵌入式图像处理系统6，得到两个实时光斑的中心位置P1 (PlX，Pl7) ^P P2 (P2x, P2y)，再由两 个光斑中心确定实时直线位置P1P2，斜率k = (P2y-Piy)/(P2x-PlX)，并由嵌入式图像处理系 统6通过无线模块将测试结果发送到监控计算机14进行实时监控。
步骤4，桅杆系统升降结束后，监控计算机14根据步骤2和步骤3中无线模块传来 的实时直线位置P1P2，结合初始直线位置PltjP2。，计算得到被测桅杆系统2的实时扭转角度
权利要求
1.基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置的设计方法，其特征在于将两个高 能激光器以一定间距固定在被测桅杆系统最顶部，使其发出的激光束分别照射在置于底座 的成像板上，形成两个圆形光斑；同时采用高速摄像机实时采集成像板上的图像，提取图 像中两个光斑的中心位置；在被测桅杆系统升降过程中，两个高能激光器随被测桅杆系统 一起发生扭转，通过高速摄像机记录下光斑确定的初始直线以及扭转过程中的实时直线位 置，计算得到被测桅杆系统的扭转角度；设计方案中采用无线模块作为数据传输方式。
2.根据权利要求1所述的基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置的设计方法， 其特征在于所述的设计方法可用于侦察车的桅杆系统上，还可以用于类似的高精度角度 测试中。
3.基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置，其特征在于包括测试端和监控计 算机；测试端包括测试台底座、成像板、第一高能激光器、第二高能激光器、激光器供电控制 模块、面阵摄像机、嵌入式图像处理系统和可充电电池；其中，激光器供电控制模块包括带 无线接收功能的供电电路和无线遥控装置。上述各部分之间的连接关系为第一高能激光器和第二高能激光器通过伸出的支杆固 定于被测桅杆系统的顶部，激光器供电控制模块的供电电路置于支杆上或被测桅杆系统顶 部、通过信号线与第一高能激光器和第二高能激光器连接；成像板通过支架平行于测试台 底座放置、且与测试台底座相隔一定距离；面阵摄像机、可充电电池、嵌入式图像处理系统 固定在测试台底座上；嵌入式图像处理系统与面阵摄像机相连，可充电电池分别与面阵摄 像机和嵌入式图像处理系统相连；监控计算机与测试端通过无线模块传输结果。
4.根据权利要求3所述的基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置，其特征在 于所述的成像板为平板结构，采用漫反射性能较好的透光而不透明的材料。
5.根据权利要求3所述的基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置，其特征在 于所述的面阵摄像机置于成像板正下方中心位置，镜头竖直朝上，用于拍摄成像板的图 像；通过调整其与成像板的间距及自身位置，使成像板面充满面阵摄像机的视场范围。
6.根据权利要求3所述的基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置，其特征在 于所述的第一高能激光器和第二高能激光器，以一定间距安置在被测桅杆系统顶部、与被 测桅杆垂直的支杆上；其发射端竖直向下安装，发出的激光束分别照射到成像板上。
7.根据权利要求3所述的基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置，其特征在 于为了节电和减少电缆连线，所述的激光器供电控制模块通过无线遥控装置控制供电电 路以遥控第一高能激光器和第二高能激光器的供电电源通断。
全文摘要
本发明涉及一种基于高速摄像机的桅杆系统扭转角度测试装置及设计方法，属于图像测试领域。将两个高能激光器以一定间距固定在被测桅杆系统最顶部，其发出的激光束分别照射在置于底座的成像板上，形成两个圆形光斑；同时采用高速摄像机实时采集成像板上的图像，提取图像中两个光斑的中心位置；在被测桅杆系统升降过程中，两个高能激光器随被测桅杆系统一起发生扭转，通过高速摄像机记录下光斑确定的初始直线以及扭转过程中的实时直线位置，计算得到被测桅杆系统的扭转角度。本发明解决了侦察车中桅杆升降系统的扭转角度测试的问题，具有精度高、实时性好，节电和减少电缆连线的优点。
文档编号G01B11/26GK102032879SQ20101051017
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者李静, 汪首坤, 沈伟, 王军政, 赵江波, 马立玲 申请人:北京理工大学