一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置。一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，由底板、垂直支架、背景板、悬垂物、摄像设备、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悬垂物；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悬垂物，但是不接触所述悬垂物；所述摄像设备正对于所述背景板的板面和所述悬垂物，所述摄像设备拍摄所述悬垂物的摆动运动；所述电脑获取所述摄像设备拍摄的所述悬垂物的摆动运动图像。在总体不改变现有实验装置的前提下，本装置展示物理本质的实验方法和系统，具有非接触、速度快、精度高、直观演示、实时数据显示等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置
本专利技术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装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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装置，由实验桌、底板、垂直支架、背景板、悬垂物、摄像设备、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悬垂物；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悬垂物，但是不接触所述悬垂物；所述摄像设备正对于所述背景板的板面和所述悬垂物，所述摄像设备拍摄所述悬垂物的摆动运动；所述电脑获取所述摄像设备拍摄的所述悬垂物的摆动运动图像。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，还包括：所述底板放置于桌面上。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，还包括：所述摄像设备用三角支架进行固定。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，还包括：所述电脑获取所述悬垂物的摆动运动视频，进行多次播放视频，复现摆动运动实验。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，还包括：所述电脑获取所述悬垂物的摆动运动视频，实时显示所述悬垂物的高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间数据。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，还包括：所述电脑获取所述悬垂物的摆动运动视频，保存于所述电脑上。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，其特征在于：所述悬垂物为体积小、密度大的物体。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，其特征在于：所述体积小、密度大的物体为金属小球。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，其特征在于：用于悬挂所述悬垂物的连接线为柔软的、无弹性的细线。进一步的，所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，其特征在于：所述背景板为长方体形状，所述背景板的板面绘制二维坐标系网格。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。附图说明图1为二维平面坐标系网格的背景板示意图的主视图。图2为二维平面坐标系网格的背景板示意图的侧视图。图3为二维平面坐标系网格的背景板示意图的仰视图。图4为运动系统示意图。图5为测量系统示意图。图中：1、实验桌；2、底板；3、垂直支架；4、背景板，401、板面，402、结构组件；5、悬垂物；6、摄像设备；7、电脑。具体实施方式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装置，由实验桌1、底板2、垂直支架3、背景板4、悬垂物5、摄像设备6、电脑7组成。所述背景板4为长方体形状，所述背景板4的板面401绘制二维坐标系网格。图1、2、3为背景板的一种实施示例。如图1、2、3所示，背景板4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402，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。所述悬垂物5为体积小、密度大的物体。所述体积小、密度大的物体为金属小球。所述垂直支架3的一端固定于所述底板2上，所述垂直支架3的另一端悬挂所述悬垂物5。用于悬挂所述悬垂物5的连接线为柔软的、无弹性的细线。所述背景板4固定于所述底板2上；所述背景板4的板面401靠近所述悬垂物5，但是不接触所述悬垂物。图4为本技术的一种实施方式。如图4所示，本实施方式是在实验桌1上摆放好底板2，将垂直支架3固定在底板2上，摆放表面绘制成二维平面坐标系网格的背景板4在底板2上，在垂直支架3上系好细线悬挂的小球，使小球可以顺滑的在背景板4表面做摆动运动，摆动时尽量选择摩擦力最小的悬挂位置。所述摄像设备6正对于所述背景板4的板面401和所述悬垂物5，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，由实验桌、底板、垂直支架、悬垂物组成，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悬垂物；所述底板放置于实验桌的桌面上；其特征在于还包括：背景板、摄像设备和电脑；/n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悬垂物，但是不接触所述悬垂物；所述背景板为长方体形状，所述背景板的板面绘制二维坐标系网格；/n所述摄像设备正对于所述背景板的板面和所述悬垂物，所述摄像设备拍摄所述悬垂物的摆动运动；/n所述电脑获取所述摄像设备拍摄的所述悬垂物的摆动运动图像，实时显示所述悬垂物的高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，由实验桌、底板、垂直支架、悬垂物组成，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悬垂物；所述底板放置于实验桌的桌面上；其特征在于还包括：背景板、摄像设备和电脑；
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悬垂物，但是不接触所述悬垂物；所述背景板为长方体形状，所述背景板的板面绘制二维坐标系网格；
所述摄像设备正对于所述背景板的板面和所述悬垂物，所述摄像设备拍摄所述悬垂物的摆动运动；
所述电脑获取所述摄像设备拍摄的所述悬垂物的摆动运动图像，实时显示所述悬垂物的高低点变化频率、摆动次数、到达最高点的位置和时间数据。


2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的摆动运动实验装置，其特征在于，所述摄像设备用三角支架进行固定。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩嘉言，
申请(专利权)人：韩嘉言，
类型：新型
国别省市：黑龙;23