一种视觉位移测量装置及其大气湍流误差削弱方法制造方法及图纸

本申请涉及一种视觉位移测量装置及其大气湍流误差削弱方法，大气湍流误差削弱方法包括如下步骤：将视觉位移测量装置放置在目标前方，调整视觉位移测量装置与目标之间的距离以及微透镜阵列和相机之间的距离，使得目标于微透镜阵列与相机之间形成中间实像面；相机采集目标物体的成像图片，每一个微透镜的成像为一个子路径图像，提取每一帧图像上所有子路径图像的质心坐标；计算第一帧图像与其他帧图像对应子路径图像质心坐标之间的相对位移；计算所有子路径图像的位移均值，得到湍流误差削弱后的位移；将湍流误差削弱后的位移转换为目标实际位移。实现了待测目标空间上成像光束的多路径分割，并以平均多路径位移的方式削弱湍流随机误差。机误差。机误差。

【技术实现步骤摘要】
一种视觉位移测量装置及其大气湍流误差削弱方法


[0001]本申请涉及成像技术的领域，尤其是涉及一种视觉位移测量装置及其大气湍流误差削弱方法。

技术介绍

[0002]视觉位移测量一般默认大气是一种均匀恒定的介质，且同时默认光线从待测目标到相机的传播路径是一条直线。但实际上，在动力学因素和热力学因素的作用下，光在大气中的传播轨迹并不是一条直线。受此影响，通过相机获取的目标图像可能会存在模糊和变形，进而影响视觉位移测量的精度。
[0003]目前大气湍流误差削弱方法主要有对向观测法、借助参照物的削弱方法以及气象参数测量法。对向观测法、借助参照物的削弱方法和气象参数测量法仅能处理具有周期性和规律性的大气效应误差，却很难有效应对大气湍流的不规则运动产生的随机影响。针对大气湍流的不规则运动产生的随机影响，常采用滤波处理方法。而常用的滤波处理方法以时域和频域滤波为主，但由于时域和频域滤波处理均以时间为维度，当处理目标位移变化时，会出现过平均问题，进而导致时域或频域滤波方法的有效性大打折扣。

技术实现思路

[0004]为了提高视觉位移测量的精度，本申请提供的一种视觉位移测量装置及其大气湍流误差削弱方法。
[0005]一方面
[0006]本申请提供的一种视觉位移测量装置采用如下的技术方案：
[0007]一种视觉位移测量装置，包括滑轨、相机和微透镜阵列，所述相机和所述微透镜阵列滑动连接于所述滑轨上，所述相机用于拍摄通过微透镜阵列成像的实像面，所述微透镜阵列的所有微透镜焦距相同。
[0008]第二方面
[0009]本申请还提供的一种大气湍流误差削弱方法采用如下的技术方案：
[0010]一种大气湍流误差削弱方法，采用上述的一种视觉位移测量装置，其特征在于：包括依次进行的如下步骤：
[0011]S1：将视觉位移测量装置放置在目标前方，调整视觉位移测量装置与目标之间的距离以及微透镜阵列和相机之间的距离，使得目标于微透镜阵列与相机之间形成中间实像面；
[0012]S2：相机采集中间实像面从而获取目标物体的成像图片，每一个微透镜的成像为一个子路径图像，提取每一帧图像上所有子路径图像的质心坐标；
[0013]S3：计算第一帧图像与其他帧图像对应子路径图像质心坐标之间的相对位移；
[0014]S4：计算所有子路径图像的位移均值，得到湍流误差削弱后的位移；
[0015]S5：将湍流误差削弱后的位移转换为目标实际位移。
[0016]优选的，步骤S1中，视觉位移测量装置与目标之间的距离满足如下关系：
[0017][0018]其中，m为微透镜阵列与目标的距离，n表示微透镜阵列与中间实像面的距离，f
M
为单个微透镜的焦距；
[0019]微透镜阵列和相机镜头之间的距离满足如下关系：
[0020][0021]其中，a为相机与中间实像面的距离，b表示相机与传感器平面的距离，f
L
为相机焦距。
[0022]优选的，步骤S2中采用密度质心定位方法提取所有子路径图像的质心坐标，具体方法如下：
[0023][0024]其中，(x,y)表示圆形标志的图像质心坐标，m和n分别是每一帧图像的宽度和高度，G
ij
表示图像中第i列、第j行的灰度值。
[0025]优选的，步骤S3中相对位移具体采用如下方法：
[0026][0027]或
[0028][0029]其中，和分别表示第一帧图像上的第j个子路径图像的x坐标和y坐标，和分别表示其他帧图像上的第j个子路径图像的x坐标和y坐标，j∈[1,N]，N表示子路径图像的数目。
[0030]优选的，步骤S4中位移均值为：
[0031][0032]优选的，实际位移的计算公式如下：
[0033][0034][0035]其中，D
physical
表示测量目标的实际物理尺寸，SF表示尺度因子，d
image
表示测量目
标在相机上成像的宽度。
[0036]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0037]通过将多视角成像与常规相机成像相结合，实现待测目标空间上成像光束的多路径分割，以平均处理成像光束不同空间位置处不同时刻的数据，其处理与位移测量结果具有不同的维度，能够有效避免时域或频域校正算处理时序位移结果时出现的过平均问题，同时采用微透镜阵列和单台相机能够降低装置成本，具有单次曝光、结构简单、处理效率高以及适用性较好等优点。
附图说明
[0038]图1是本申请实施例视觉位移测量装置的结构示意图。
[0039]图2是本申请实施例多视角成像模型的原理示意图。
[0040]图3是微透镜阵列与标志之间测量距离为3.4m的测量结果图。
[0041]图4是微透镜阵列与标志之间测量距离为6.8m的测量结果图。
[0042]图5是微透镜阵列与标志之间测量距离为8.5m的测量结果图。
[0043]图6是微透镜阵列与标志之间测量距离为15m的测量结果图。
[0044]图7是微透镜阵列与标志之间测量距离为22.2m的测量结果图。
[0045]图8是微透镜阵列与标志之间测量距离为29.4m的测量结果图。
[0046]附图标记说明：1、滑轨；2、相机；3、微透镜阵列；4、滑座；5、滑动旋扭。
具体实施方式
[0047]以下结合附图1
‑
8对本申请作进一步详细说明。
[0048]参照图1，本申请实施例公开的一种视觉位移测量装置包括滑轨1、相机2和微透镜阵列3。滑轨1上滑动连接有两个滑座4，相机2和微透镜阵列3分别可拆卸连接于两个滑座4上，实现相机2和微透镜阵列3沿滑座4滑动方向上的远离和靠近。在本实施例中，采用螺栓的方式将相机2和微透镜阵列3固定在滑座4上，在其他实施例中，采用卡扣连接的方式。两个滑座4上均螺纹连接有滑动旋扭5，滑动旋扭5的旋进方向与滑座4的滑动方向垂直，滑动旋扭5通过旋进的方式抵紧或远离滑轨1，从而限制滑座4在滑轨1上的移动。相机2用于拍摄通过微透镜阵列3成像的实像面，微透镜阵列3的所有微透镜焦距相同。
[0049]本申请实施例还公开一种大气湍流误差削弱方法，包括依次进行的如下步骤：
[0050]S1：将视觉位移测量装置放置在目标前方，调整视觉位移测量装置与目标之间的距离以及微透镜阵列和相机之间的距离，
[0051]视觉位移测量装置与目标之间的距离满足如下关系：
[0052][0053]其中，m为微透镜阵列与目标的距离，n表示微透镜阵列与中间实像面的距离，f
M
为单个微透镜的焦距；
[0054]微透镜阵列和相机镜头之间的距离满足如下关系：
[0055][0056]其中，a为相机与中间实像面的距离，b表示相机与传感器平面的距离，f
L
为相机焦距；
[0057]具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视觉位移测量装置，其特征在于：包括滑轨(1)、相机(2)和微透镜阵列(3)，所述相机(2)和所述微透镜阵列(3)滑动连接于所述滑轨(1)上，所述相机(2)用于拍摄通过微透镜阵列(3)成像的实像面，所述微透镜阵列(3)的所有微透镜焦距相同。2.一种大气湍流误差削弱方法，采用权利要求1所述的一种视觉位移测量装置，其特征在于：包括依次进行的如下步骤：S1：将视觉位移测量装置放置在目标前方，调整视觉位移测量装置与目标之间的距离以及微透镜阵列和相机之间的距离，使得目标于微透镜阵列与相机之间形成中间实像面；S2：相机采集中间实像面从而获取目标物体的成像图片，每一个微透镜的成像为一个子路径图像，提取每一帧图像上所有子路径图像的质心坐标；S3：计算第一帧图像与其他帧图像对应子路径图像质心坐标之间的相对位移；S4：计算所有子路径图像的位移均值，得到湍流误差削弱后的位移；S5：将湍流误差削弱后的位移转换为目标实际位移。3.根据权利要求2所述的一种大气湍流误差削弱方法，其特征在于：步骤S1中，视觉位移测量装置与目标之间的距离满足如下关系：其中，m为微透镜阵列与目标的距离，n表示微透镜阵列与中间实像面的距离，f
M
为单个微透镜的焦距；微透镜阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴吾蛟，邢磊，张云生，黄星雨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：