專利名稱：一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術領域，尤指一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法、裝置及系統(tǒng)。
背景技術：
工程車輛的整個臂架系統(tǒng)除了承受自重載荷、工作載荷等靜態(tài)載荷作用之外，在工作中的各種振動、沖擊激勵如泵車液壓系統(tǒng)的沖擊、混凝土流經(jīng)輸送管的流固耦合振動、臂架運動的慣性沖擊以及風載、發(fā)動機振動載荷等，都可能引發(fā)臂架系統(tǒng)顯著的動態(tài)響應。如何對臂架系統(tǒng)的振動變化進行測量，現(xiàn)有技術提供了很多方法，例如使用位移傳感器來測量位移的振動變化，如圖I所示，在需要測量部位頂一個位移傳感器，直接可以 獲取該點的位移變化，或者利用光柵傳感器來測量振動，如圖2所示，傳感光柵貼裝在懸臂的上表面上，另一個信號解調(diào)光柵貼裝在懸臂梁下表面的對稱位置.在待測振動慣性力的作用下懸臂梁發(fā)生機械振動，上表面應變收縮而下表面應變伸長，帶動兩個光纖光柵產(chǎn)生周期性的應變拉伸或收縮，從而引起傳感FBG的布拉格波長發(fā)生變化，通過探測傳感FBG波長的變化即可實現(xiàn)振動的傳感測量?；蛘卟捎脗鞲衅鳒y量臂架的工作幅度?，F(xiàn)有的臂架系統(tǒng)的振動變化測量方式，存在以下缺點需要將傳感器直接布置在被測臂架上，一方面布置傳感器的工作比較大，準備工作復雜，另一方面，測量范圍小，實時性不夠好，如果工況較惡劣，無法保證測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法、裝置及系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對工程機械臂架系統(tǒng)進行非接觸式測量，從而解決了現(xiàn)有測量方式中布置傳感器的工作量較大、實時性不夠好以及測量方式準確度較低的問題。本發(fā)明實施例提供的一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法，包括以下步驟不斷獲取至少兩個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像，并分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標；根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一幀圖像；將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記點在所述各圖像中的位置；根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，計算所述臂架系統(tǒng)的運動幅度。本發(fā)明實施例提供的一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量設備，包括獲取模塊，用于不斷獲取至少兩個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像；三維坐標確定模塊，用于分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標；
拼接模塊，用于根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一幀圖像；匹配模塊，用于將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記點在所述各圖像中的位置；測量模塊，用于根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，計算所述臂架系統(tǒng)的運動幅度。本發(fā)明實施例提供一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量系統(tǒng)，包括多個相機，用于分別對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時進行拍攝；臂架系統(tǒng)工作幅度測量設備，用于不斷獲取所述多個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標 記點同時采集的各圖像，并分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標；根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一幀圖像；在拼接后的各圖像中，分別匹配出所述標記點；根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，計算所述臂架系統(tǒng)的運動幅度。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明實施例提供的工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法、裝置及系統(tǒng)，使用多個相機對臂架系統(tǒng)上的標記點進行拍攝，并獲取多個相機對臂架系統(tǒng)上標記點拍攝的圖像，并分別確定各圖像中像素點的三維坐標，根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷將多個相機同一時刻拍攝的圖像拼接成一幀圖像，這樣，在拼接后的各圖像中不斷跟蹤標記點，根據(jù)各標記點在各拼接后的圖像中的三維坐標的變化，即可實現(xiàn)對臂架系統(tǒng)中各節(jié)臂架運動幅度的測量。本發(fā)明實施例使用非接觸測量的方式，不需要在臂架系統(tǒng)上安裝額外的測量儀器和設備，就能夠實現(xiàn)對體積較大的臂架系統(tǒng)運動幅度的測量，測量方式簡單、方便，測量精度較高，并且，由于可以實時獲取相機拍攝的圖像，并對圖像進行處理獲取臂架的運動參數(shù)，這種測量方式，實時性很好，可以及時快速地獲知臂架系統(tǒng)的工作幅度情況。避免了現(xiàn)有測量方式所帶來的布置傳感器的工作量較大、實時性不夠好以及測量方式準確度較低的問題。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖I為現(xiàn)有技術中臂架系統(tǒng)測量方式的示意圖之一；圖2為現(xiàn)有技術中臂架系統(tǒng)測量方式的示意圖之二 ；圖3為本發(fā)明實施例提供的工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法的流程圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的相機標定的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量設備的結構示意圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量系統(tǒng)的結構示意圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的測量系統(tǒng)的架構示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖，對本發(fā)明實施例提供的一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法、裝置及系統(tǒng)的具體實施方式
進行說明。本發(fā)明實施例提供的工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法，如圖3所示，包括如下步驟S301、不斷獲取至少兩個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像，并分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標；S302、據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一巾貞圖像； S303、將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記 點在所述各圖像中的位置；S304、根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，計算臂架系統(tǒng)的運動幅度。下面分別對上述各步驟分別進行詳細說明。本發(fā)明實施例提供的工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法中的步驟S301中，由于臂架系統(tǒng)包含多節(jié)臂架，可以在各節(jié)臂架需要測量的位置上，設置標記點，標記點可以是任意形狀的標記例如常見的十字絲、圓形、對角圓等，由于臂架系統(tǒng)體積龐大，為了測量的方便，需要使用多個相機分別對臂架系統(tǒng)進行拍攝，然后將拍攝的圖像拼接起來，實現(xiàn)對整個臂架系統(tǒng)的非接觸性測量。因此，上述步驟S301中，由于多個相機分別對工程臂架系統(tǒng)上的標記點進行同時拍攝，需要不斷獲取多個相機在相同時刻拍攝的圖像，并在步驟S302中，需要將多個相機拍攝的圖像進行拼接，從而得到包含臂架系統(tǒng)上多個標記點的圖像。在上述步驟S301中，可以通過下述方式確定拍攝的各圖像中各像素點的三維坐標根據(jù)各圖像中的像素點在圖像坐標系的二維坐標，以及預先確定的圖像坐標系下二維坐標與世界坐標系下的三維坐標的轉換關系，分別將各圖像中像素點的二維坐標轉換為對應的三維坐標。其中，圖像坐標系下二維坐標與世界坐標系下的三維坐標的轉換關系，可以預先通過相機標定過程來確定。相機標定過程可采用非接觸式測量中的相機標定方法，非接觸式測量是基于雙目立體視覺測量原理，該原理是基于視差，根據(jù)三角法原理進行三維信息的獲取，由兩個相機的圖像平面和標定物之間構成一個三角形。首先以標定物為參照物，標定出一個相機的內(nèi)外參數(shù)，然后以該相機和標定物為參照物，標定出另一個相機的內(nèi)外參數(shù)。以兩個相機為例，具體標定過程如下(I)設置標定物，具體包括打印一張模板，模板以固定間距組成的若干個十字絲組成，并將該模板并貼在一個平板上，將貼有模板的平板放置到兩個相機的共同視場中，其位置信息已知。(2)兩個相機從不同角度拍攝若干張(大于或等于3張)模板圖像；(3)檢測每幅圖像中的目標點(例如十字絲中心)；(4)根據(jù)標定公式，分別獲得兩個相機的內(nèi)部參數(shù)以及外部參數(shù)；
一般來說，相機的內(nèi)外參數(shù)包括比例系數(shù)、有效焦距、主點、平移矩陣和旋轉矩陣。在相機標定方法中，可先根據(jù)標定物，利用標定公式，標定一個相機，然后根據(jù)標定物，以及該相機來標定另一個相機。其中，標定公式即計算上述內(nèi)外參數(shù)的過程，具體來說包括
下述四個方面(I)旋轉矩陣
權利要求
1.一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 不斷獲取至少兩個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像，并分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標； 根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一幀圖像；將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記點在所述各圖像中的位置； 根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，計算所述臂架系統(tǒng)的運動幅度。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，分別確定各圖像中像素點的三維坐標，包括 根據(jù)各圖像中的像素點在圖像坐標系的二維坐標，以及預先確定的圖像坐標系下二維坐標與世界坐標系下的三維坐標的轉換關系，分別將各圖像中像素點的二維坐標轉換為對應的三維坐標。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述圖像坐標系下二維坐標與世界坐標系下的三維坐標的轉換關系，通過下述方式確定 對布置在臂架系統(tǒng)上同一個標記點前方的多個相機分別進行標定，獲取各相機的內(nèi)外參數(shù)； 根據(jù)各相機的內(nèi)外參數(shù)中的旋轉矩陣和平移轉換矢量，確定圖像坐標系下二維坐標轉換成世界坐標系下三維坐標的表達式。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，將多個相機同時拍攝的圖像拼接為同一幀圖像，包括 對多個相機同時拍攝的圖像分別進行幾何校正； 對幾何校正后的各圖像進行圖像配準； 將圖像配準后的各圖像進行融合，消除拼接痕跡； 輸出拼接完成的圖像。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記點在所述各圖像中的位置，包括 使用標記點的標準圖像作為模板； 使用所述模板與拼接后的圖像中的各像素塊進行匹配運算，當匹配運算的值大于設定的閾值時，確定該像素塊為所述標記點。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，還包括 當拼接后的圖像使用所述標準圖像作為模板無法匹配成功時，以上一幀拼接后的圖像中匹配出的標記點為中心，選取一個圖像鄰域作為更新后的模板； 使用更新后的模板，與本幀和后續(xù)幀進行匹配，確定本幀和后續(xù)幀中的標記點的位置。
7.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，還包括 當連續(xù)多幀拼接后的圖像使用標準圖像作為模板或者使用更新后的模板無法匹配成功時，確定所述標記點發(fā)生遮擋； 使用卡爾曼濾波算法，根據(jù)最近的匹配成功的拼接后的圖像中標記點所在的位置，依次預測出發(fā)生遮擋的多幀拼接后的圖像中標記點的三維坐標； 根據(jù)預測出的三維坐標，繼續(xù)對所述臂架系統(tǒng)的運動軌跡進行測量。
8.—種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量設備，其特征在于，包括 獲取模塊，用于不斷獲取至少兩個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像； 三維坐標確定模塊，用于分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標； 拼接模塊，用于根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一幀圖像； 匹配模塊，用于將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記點在所述各圖像中的位置； 測量模塊，用于根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，計算所述臂架系統(tǒng)的運動幅度。
9.如權利要求8所述的設備，其特征在于，所述三維坐標確定模塊，具體用于根據(jù)各圖像中的像素點在圖像坐標系的ニ維坐標，以及預先確定的圖像坐標系下ニ維坐標與世界坐標系下的三維坐標的轉換關系，分別將各圖像中像素點的ニ維坐標轉換為對應的三維坐標。
10.如權利要求8所述的設備，其特征在于，還包括 標定模塊，用于對布置在臂架系統(tǒng)上同個標記點前方的多個相機分別進行標定，獲取各相機的內(nèi)外參數(shù)；根據(jù)各相機的內(nèi)外參數(shù)中的旋轉矩陣和平移轉換矢量，確定圖像坐標系下ニ維坐標轉換成世界坐標系下三維坐標的表達式。
11.如權利要求8所述的設備，其特征在于，所述拼接模塊，具體用于對多個相機同時拍攝的圖像分別進行幾何校正；對幾何校正后的各圖像進行圖像配準；將圖像配準后的各圖像進行融合，消除拼接痕跡；輸出拼接完成的圖像。
12.如權利要求8所述的設備，其特征在于，匹配模塊，具體用于使用標記點的標準圖像作為模板；使用所述模板與拼接后的圖像中的各像素塊進行匹配運算，當匹配運算的值大于設定的閾值時，確定該像素塊為所述標記點。
13.如權利要求12所述的設備，其特征在于，還包括所述匹配模塊，還用于當拼接后的圖像使用所述標準圖像作為模板無法匹配成功時，以上ー幀拼接后的圖像中匹配出的標記點為中心，選取ー個圖像鄰域作為更新后的模板；使用更新后的模板，與本幀和后續(xù)幀進行匹配，確定本幀和后續(xù)幀中的標記點的位置。
14.如權利要求12或13所述的設備，其特征在于，還包括 卡爾曼濾波處理模塊，用于當連續(xù)多幀拼接后的圖像使用標準圖像作為模板或者使用更新后的模板無法匹配成功時，確定所述標記點發(fā)生遮擋；使用卡爾曼濾波算法，根據(jù)最近的匹配成功的拼接后的圖像中標記點所在的位置，依次預測出發(fā)生遮擋的多幀拼接后的圖像中標記點的三維坐標；根據(jù)預測出的三維坐標，繼續(xù)對所述臂架系統(tǒng)的運動軌跡進行測量。
15.ー種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量系統(tǒng)，其特征在于，包括 多個相機，用于分別對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時進行拍攝； 臂架系統(tǒng)工作幅度測量設備，用于不斷獲取所述多個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像，井分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標；根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為ー幀圖像；將拼接后的各圖像，分別與標記點的標準圖像進行匹配運算，確定所述標記點在所述各圖像中的位置；根據(jù)拼接后各圖像 中標記點三維坐標的變化，計算所述臂架系統(tǒng)的運動幅度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工程機械臂架系統(tǒng)工作幅度的測量方法、裝置及系統(tǒng)，該方法包括不斷獲取多個相機對臂架系統(tǒng)上安裝的標記點同時采集的各圖像，并分別確定各圖像中像素點在世界坐標系中的三維坐標；根據(jù)各圖像中各像素點的三維坐標，不斷地將多個相機同時拍攝的圖像拼接為一幀圖像；在拼接后的各圖像中，分別匹配出所述標記點；根據(jù)拼接后各圖像中標記點三維坐標的變化，對所述臂架系統(tǒng)的運動幅度進行測量。本發(fā)明解決了現(xiàn)有測量方式中布置傳感器的工作量較大、實時性不夠好以及測量方式準確度較低的問題。
文檔編號G01H9/00GK102798456SQ20121023742
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權日2012年7月10日
發(fā)明者涂宏斌, 鐘懿, 任會禮 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司