[發明專利]一種基于圖像識別的力測量裝置

在審

• 申請號: 201510870511.3
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105318994A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 楊辰光;吳懷煒;梁培棟;李智軍;黃東風
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01L1/04
• 分類號: G01L1/04;G01B11/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種基于圖像識別的力測量裝置，其特征在于，包括：測力彈性體、連接筒、雙目攝像頭和圖像識別處理器；所述測力彈性體位于連接筒的一端，所述測力彈性體在未受力時呈半球狀；所述雙目攝像頭固定于連接筒的另一端；所述圖像識別處理器用于實時接收并處理雙目攝像頭所攝取的圖像，并得出外力的大小和方向；

所述測力彈性體的表面涂有均勻的標識點，所述標識點用于定位及識別；當有外力施加在其身上時產生凹陷形變，所述凹陷形變的形變量與外力的大小視為滿足分區間的胡克定律，依據形變量計算出外力大小；所述凹陷形變的形變方向即為外力方向；所述測力彈性體的材料根據實際應用情況來選擇；

所述雙目攝像頭實時攝取彈性材料的狀態圖像，并傳送到圖像識別處理器；在圖像識別處理器中得出彈性材料的3D圖像模型，分析出彈性材料的形變情況，根據分析出的形變情計算出外力的大小和方向；

所述連接筒用于固定彈性材料和雙目攝像頭，連接筒中安裝有LED燈，所述LED燈用于雙目攝像頭攝像補光；同時，連接筒給彈性材料和雙目攝像頭提供一個密閉空間；

所述圖像識別處理器根據實時接收并處理雙目攝像頭攝取的雙目視覺圖像，運算出外力的大小和方向；所述運算出外力的大小和方向的運算方法為：首先進行相機參數標定，標定完成后從左右相機分別找到測力彈性體上的特征點，通過之前標定好的參數，計算出該特征點的三維坐標；然后，根據測力彈性體上各標識點的三維坐標，建立當前測力彈性體的3D圖像模型，分析出測力彈性體的形變情況，再依據測力彈性體形變與受力的關系，得出外力的大小和方向；

所述圖像識別處理器得出外力大小的方法具體如下：首先，利用高精度測力裝置，對測力彈性體上各標識點各自建立一個二維表格，表格內容為該標識點在不同區間內的勁度系數；按照如下式測出各標識點在不同位移區間內的勁度系數K：

K(x，x+Δx)＝F(x+Δx)/(x+Δx)，

其中，x是測力彈性體位移，Δx為區間間隔，F為測力彈性體的應力大小，K是勁度系數，F(x+Δx)為測力彈性體在位移為x+Δx處的應力大小，選取適當的區間間隔Δx，所述區間間隔Δx近似認為在區間(x，x+Δx)內，測力彈性體的勁度系數恒定，因此K(x，x+Δx)即是測力彈性體在區間(x，x+Δx)內的勁度系數；把測出的每個標識點在各個位移區間內的勁度系數記錄進表格里，并同時把測量出的勁度系數存儲至圖像處理系統的儲存空間中；

所述測力彈性體在測量外力時，外力使測力彈性體產生形變，利用雙目攝像頭得到測力彈性體上各標識點的空間坐標，選取凹陷處的最低點作為受力點，然后算出受力點的位移值，并根據位移值在上一步驟中建立的表格中查得該區間內的勁度系數，進而根據公式F＝K×x，算得外力的大小。

2.根據權利要求1所述的基于圖像識別的力測量裝置，其特征在于，利用三角形相似的關系，推導出所述雙目攝像頭測量的標識點凹陷深度的公式如下：

Z = f T d , ]]>

式中，Z代表標志點距離攝像頭的深度，f代表攝像頭的焦距，T為雙攝像頭中心距離，d代表標志點在左右兩幅視圖上成像的橫向坐標的視差。

3.根據權利要求1所述的基于圖像識別的力測量裝置，其特征在于，所述圖像識別處理器得出外力放向的方法具體如下：測力彈性體在測力時，外力使測力彈性體產生形變，利用雙目攝像頭可以得到測力彈性體上各標識點的空間坐標，選取凹陷處的最低點作為受力點，受力點當前位置與不受力時該標識點的位置之間的連線方向即是外力的方向。