[發明專利]一種應用于大型多板波浪模擬系統的運動測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201710153815.7
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106840110B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 杜海;孟娟;李木國
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種應用于大型多板波浪模擬系統的運動測量裝置，其特征在于，所述的運動測量裝置包括計算機、攝像機、紅外補光器、圓形熒光標志點以及EtherCAT圖像處理板；所述的攝像機為帶有定焦鏡頭的紅外增強型工業攝像機，其數量由測量范圍決定；所述的紅外補光器的數量由現場的成像條件決定，EtherCAT圖像處理板的數量與攝像機的數量一致；

運動測量裝置采用基于EtherCAT網絡的數據采集結構，計算機作為EtherCAT網絡的主站；將攝像機布置在造波系統的上方，在滿足測量精度的要求下視場覆蓋所有造波板，當單臺攝像機無法覆蓋被測區域時則采用多臺攝像機聯合工作的方式；每臺攝像機通過CameraLink接口與每個EtherCAT圖像處理板相連，作為EtherCAT網絡的從站；每塊EtherCAT圖像處理板的Trig觸發接口互連在一起，第一塊EtherCAT圖像處理板與計算機通過RJ45網絡接口連接，每臺攝像機的EtherCAT圖像處理板通過RJ45網絡接口彼此互聯在一起；紅外補光器放置在攝像機的一側用于對現場進行照明，其數量根據現場成像的質量進行選擇；圓形熒光標志點黏貼或填涂造波板的連接板上。

2.根據權利要求1所述的運動測量裝置，其特征在于，所述的紅外補光器為850nm紅外補光燈。

3.一種應用于大型多板波浪模擬系統的運動測量方法，其特征在于，步驟如下：

步驟A：在造波機的正上方安裝好攝像機，并根據測量精度、相機分辨率以及測量范圍選擇攝像機的數量，將EtherCAT圖像處理板彼此互聯后與計算機相連，組成基于EtherCAT網絡的數據采集結構；在造波板上方的連接板上固定圓形熒光標志點，采用四鄰域布置方式，即沿造波板運行軸線方向在標識點的上、下、左、右相同距離處各布置四個輔助識別點；調整攝像機的位置使得標志點的布置方向與攝像圖像的行列方向一致；通過EtherCAT圖像處理板設置攝像機為外觸發模式；EtherCAT圖像處理板彼此間通過Trig接口進行觸發信號的統一，同時向各自的攝像機發出一致的同步觸發采集信號；

步驟B：攝像機布置完畢，初次運行時需要進行系統定標，分別在造波板的初始位置與最大行程位置各拍攝一次圖像；EtherCAT圖像處理板對采集的圖像進行圖像二值化以及圓形目標提取，并為每臺造波板的運動圖像信息建立查找表，記錄造波板運動行程的物理距離與像面距離的比值K_i,i＝1,2,…,N，其中N為像面上造波板的數量，同時記錄標志點的運動范圍以及中心標志點運行軌跡的起點與終點圖像坐標；在像面上為每個造波板按照從左到右的順序進行編號，并將標定信息按照編號存儲在圖像處理板的存儲空間內；

步驟C：對當前時刻的現場進行圖像采集，在EtherCAT圖像處理板中FPGA將圖像數據采集到存儲單元中，之后由EtherCAT圖像處理板上的DSP對存儲區的圖像進行數據處理：首先在每塊造波板的運動范圍內提取所有標識點；然后在定標過程中記錄的中心標識點運動區間線上對每個提取點進行辨別，僅當當前點上下左右各有一個鄰近點時認為該標志點為正確的標志點；接下來將標志點的坐標減去記錄的初始位置，從而得到該造波板運動的圖像位移，隨后將該圖像位移值乘上K_i得到物理位移值；在完成對每塊造波板的圖像分析后，得到每個圖像上各塊造波板的位移信息；最后，EtherCAT圖像處理板將圖像中造波板的運動信息按照“編號+位移量”的方式構建子報文，并通過EtherCAT網絡反饋回計算機；

步驟D：計算機提取圖像處理卡所傳送來的報文，并按照從站的序號對報文中的數據進行重新編號，使得每臺造波機的推板運動信息的編號唯一并且按照空間位置關系依次排列；

步驟E：計算機對造波板的位移信息進行分析：按照編號順序將每塊造波板的位移數據進行排列，形成測量數據曲線；與此同時，將當前時刻測量數據曲線與目標數據曲線進行差值計算，統計最大差異值以及平均差異值，并繪制每臺造波板運行的誤差曲線方便實驗者進行造波機控制精度的檢測；

步驟F：反復執行步驟C-步驟E，直到造波運動測量結束。