大范围表面流场图像测试系统自动标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，包括两组激光器和配套旋转装置，激光器间隔一定距离分别安装于旋转盘上，且激光中心处于同一平面，调节激光器角度使两束激光完全重合，记录旋转盘位置和角度。分别旋转两束激光，使两束激光在摄像机拍摄范围内相交，摄像机采集交点图像，然后再次旋转激光、采集交点图像。由于旋转角度和两组激光器距离已知，利用三角函数获取激光交点坐标，从而计算出两个交点的实际距离；经图像处理获取激光交点在图像中的坐标，计算得到两个交点的图像距离,实际距离与图像距离对应，即可完成系统标定。该方法实现了图像测试系统单位像素与实际距离之间的自动转换，提高了图像测速系统精度。

Automatic calibration device and method for large range surface flow image testing system

The invention discloses a surface flow range image testing system automatic calibration device, including two sets of laser devices and supporting rotating device, laser at a certain distance are installed on the rotary disc, and the laser center in the same plane, adjusting the laser angle so that the laser beams overlap completely, record the position and angle of rotating disc. The two laser beams are rotated respectively to make the two laser beams intersect in the shooting range of the camera. The camera collects the intersection point image, then rotates the laser again and collects the intersection point image. Because of the rotation angle and two sets of laser distance is known, to obtain laser intersection coordinates using trigonometric function, to calculate the actual distance of two points; the coordinates of image processing to obtain the laser point in the image, the image distance of two points is calculated, the actual distance and image distance corresponding to complete the system calibration. The method realizes automatic conversion between unit pixel and actual distance of image test system, and improves the precision of image speed measuring system.

【技术实现步骤摘要】
大范围表面流场图像测试系统自动标定装置及方法
本专利技术涉及大范围表面流场图像测试系统自动标定装置及方法，属于流速测量领域。
技术介绍
大范围表面流场图像测试系统广泛应用于实验室河工模型或原型河流表面流速测量。其原理是：在水流表面散播跟随性能好的示踪粒子，跟随水流运动，利用CCD摄像头记录一定时间间隔的流场图像，经图像处理提取示踪粒子像，在相邻两幅流场图像中进行粒子匹配，找到t1时刻示踪粒子经过Δt时间后在t2时刻的图像，计算出Δt时间内粒子位移L，从而求得示踪粒子的速度，即是对应水流点的速度v：v＝L/Δt，从图像上提取位移L的单位为像素，为获取实际流速大小，需要将建立像素与实际尺度之间的关系，该过程称为标定，a＝l/N，α为单位像素对应的实际尺寸，l、N分别为水流表面实际长度与图像上对应的像素数。图1为表面流场图像测试系统结构图，原型河流应用时，摄像机只能架设在岸滩上，为获取河流中心的流速，摄像机需要以一定角度倾斜布置，导致采集的图像不同区域存在不同的变形。因此，迫切需要一种自动标定装置，本专利技术通过追踪两束激光的交叉点，运用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种适于大范围表面流场图像测试系统的自动标定装置及方法，通过追踪两束激光的交叉点，运用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，包括第一旋转托盘、第二旋转托盘、第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置位于第一旋转托盘上，第二激光发射装置位于第二旋转托盘上，在河岸上安装有摄像机。作为优选，所述第一旋转托盘位于第一升降架上，所述第二旋转托盘位于第二升降架上，第一升降架和第二升降架安装于河边，下降最低位置为河流最低水位。一种适于大范围表面流场图像测试系统自动标定装置的方法，包括以下步骤：(1)将第一激光发射装置和第二激光发射装置发射的第一激光和第二激光调整到同一平面；(2)调整第一旋转托盘和第二旋转托盘，使第一激光和第二激光两束光重合,第一激光和第二激光中心点之间的距离为A，以第一激光中心为原点，与第二激光中心连线为X轴，根据右手定则建立原型坐标系；(3)第一旋转托盘转动角度为a11，第二旋转托盘转动角度为a21，摄像机拍摄激光图像M1，两束激光交点P1在图像坐标系上的坐标为(xM1,yM1)，在原型坐标系上的坐标为(x1,y1)，则有：y1＝A/(cota11+cota21)x1＝y1cota11；(4)第一旋转托盘转动a12，第二旋转托盘转动a22，摄像机拍摄激光图像M2，两束激光交点P2在图像坐标系上的坐标为(xM2,yM2)，在原型坐标系上的坐标为(x2,y2)，则有：y2＝A/(cota12+cota22)x2＝y2cota12；(5)P1和P2之间的实际距离为：(6)P1和P2之间在图像上的像素距离为：(7)则单位像素与实际尺度之间的关系为：α＝l/N。在本专利技术中，激光器间隔一定距离分别安装于旋转盘上，且激光中心处于同一平面，调节激光器角度使两束激光完全重合，记录旋转盘位置和角度。分别旋转两束激光，使两束激光在摄像机拍摄范围内相交，摄像机采集交点图像，然后再次旋转激光、采集交点图像。由于旋转角度和两组激光器距离已知，利用三角函数获取激光交点坐标，从而计算出两个交点的实际距离；经图像处理获取激光交点在图像中的坐标，计算得到两个交点的图像距离,实际距离与图像距离对应，即可完成系统标定。本专利技术只采用一台摄像机和两个激光发射装置，结构系统组成简单，而且标定方法巧妙，对系统的配置要求低，大大节省了装置的成本，而且，标定精确度高。有益效果：本专利技术的大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，通过将第一激光和第二激光调整的重合面与水面平行，通过摄像机实时追踪两束激光的交点，运用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定，然后将标定的结果反馈给摄像机，更精确的测算流速。附图说明图1为表面流场图像测试系统结构。图2为第一激光和第二激光转过的角度图。图3为计算原理图；图4为一个实施例的原理图。图5为本专利技术的系统示意图。具体实施方式如图5所示，本专利技术的大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，包括第一旋转托盘2、第二旋转托盘5、第一激光发射装置3和第二激光发射装置4，所述第一激光发射装置3位于第一旋转托盘2上，第二激光发射装置4位于第二旋转托盘5上，所述第一旋转托盘2位于第一升降架1上，第二旋转托盘5位于第二升降架6上，在河岸上安装有摄像机7。一种上述的大范围表面流场图像测试系统自动标定装置的方法，包括以下步骤：(1)将第一激光发射装置3和第二激光发射装置4发射的第一激光和第二激光调整到同一平面；(2)调整第一旋转托盘2和第二旋转托盘5，使第一激光和第二激光两束光重合,第一激光和第二激光中心点之间的距离为A，以第一激光中心为原点，与第二激光中心连线为X轴，根据右手定则建立原型坐标系，如图2所示；(3)第一旋转托盘2转动角度为a11，第二旋转托盘5转动角度为a21，摄像机7拍摄激光图像M1，两束激光交点P1在图像坐标系上的坐标为(xM1,yM1)，在原型坐标系上的坐标为(x1,y1)，则有：y1＝A/(cota11+cota21)x1＝y1cota11；(4)第一旋转托盘2转动a12，第二旋转托盘5转动a22，如图3所示，摄像机7拍摄激光图像M2，两束激光交点P2在图像坐标系上的坐标为(xM2,yM2)，在原型坐标系上的坐标为(x2,y2)，则有：y2＝A/(cota12+cota22)x2＝y2cota12；(5)P1和P2之间的实际距离为：(6)P1和P2之间在图像上的像素距离为：(7)则单位像素与实际尺度之间的关系为：α＝l/N。实施例11)旋转第二旋转托盘5转动90°，如图4所示，第一旋转托盘2转动角度为a1，摄像机7拍摄激光图像M1，两束激光交点在图像上的坐标为(x1,y1)，则有：B1＝A*tana1；2)第一旋转托盘2转动角度为a2，摄像机7拍摄激光图像M2，两束激光交点在图像上的坐标为(x2,y2)，则有：B2＝A*tana2；3)则单位像素与实际尺度之间的关系为：以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，其特征在于：包括第一旋转托盘、第二旋转托盘、第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置位于第一旋转托盘上，第二激光发射装置位于第二旋转托盘上，在河岸上安装有摄像机。

【技术特征摘要】
1.大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，其特征在于：包括第一旋转托盘、第二旋转托盘、第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置位于第一旋转托盘上，第二激光发射装置位于第二旋转托盘上，在河岸上安装有摄像机。2.根据权利要求1所述的大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，其特征在于：所述第一旋转托盘位于第一升降架上，所述第二旋转托盘位于第二升降架上，第一升降架和第二升降架安装于河边，下降最低位置为河流最低水位。3.一种如权利要求1活所述的大范围表面流场图像测试系统自动标定装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将第一激光发射装置和第二激光发射装置发射的第一激光和第二激光调整到同一平面；2)调整第一旋转托盘和第二旋转托盘，使第一激光和第二激光两束光重合,第一激光和第二激光中心点之间的距离为A，以第一激光中心为原点，与第二激光中心连线为X轴，根据右...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红，唐立模，闫静，吴严君，郑金雨，杨家启，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32