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一種三維雙目相機云臺實驗裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510610328.X

申請日:

2015.09.23

公開號:

CN105262946A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):H04N 5/232申請公布日:20160120|||實質審查的生效IPC(主分類):H04N 5/232申請日:20150923|||公開
IPC分類號: H04N5/232; F16M11/18 主分類號: H04N5/232
申請人: 上海大學
發明人: 高新聞; 楊正哲; 俞黎卿; 張偉
地址: 200444上海市寶山區上大路99號
優先權:
專利代理機構: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205 代理人: 陸聰明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510610328.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.09.21|||2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種三維雙目相機云臺實驗裝置,它包括底座、轉臺、支撐架、相機支座承載板、直齒條齒輪調距機構、兩個相機支座、兩個相機轉臺、兩個相機支撐板、五臺伺服電機。本發明通過控制器發送指令給相應的伺服電機,控制該發明裝置實時調整左右兩臺相機的間距、左右兩臺相機的旋轉角度、左右兩臺相機的整體俯仰角度,本發明具有便于操作、實用性強的特點。

權利要求書

1.一種三維雙目相機云臺實驗裝置,包括一個底座(1)和兩個相機支撐板(11),其特征在于:1)所述底座(1)中心設有伺服電機一(17),伺服電機一(17)連接并驅動轉臺(2)轉動;2)所述轉臺(2)連接支撐架(4),支撐架(4)連接由伺服電機二(8)驅動的相機支座承載板(5)俯仰擺動;3)所述相機支座承載板(5)上左右各安裝一個由伺服電機三(13)通過直齒條齒輪傳動而調距的兩個相機支座(9);4)所述兩個相機支座(9)上各安裝一個伺服電機四(21),伺服電機四(21)連接并驅動的相機轉臺(10)轉動,每個相機轉臺(10)上各安裝一個相機支撐板(11)。2.根據權利要求1所述的三維雙目相機云臺實驗裝置,其特征在于,所述底座(1)的前部設有水平測量儀(3),用以檢測該裝置是否位于水平位置;底座(1)四個邊角處各設有一個水平高度微調裝置(6),用于調整該裝置使其處于水平位置。3.根據權利要求1所述的三維雙目相機云臺實驗裝置,其特征在于,所述伺服電機一(17)通過齒輪機構直接驅動轉臺(2)轉動;伺服電機四(21)通過齒輪機構直接驅動相機轉臺(10)轉動。4.根據權利要求1所述的三維雙目相機云臺實驗裝置,其特征在于,所述相機支座承載板(5)設有導軌(23),相機支座(9)帶有直齒條以及連接在其上的滑塊(22),伺服電機三(13)通過直齒條齒輪機構(18)驅動相機支座(9)的滑塊(22)在相機支座承載板(5)的導軌(23)內的滑移運動。5.根據權利要求1所述的三維雙目相機云臺實驗裝置,其特征在于,所述支撐架(4)右端連接伺服電機二支撐板(7),伺服電機二支撐板(7)上設有伺服電機二(8),伺服電機二(8)穿過支撐架(4)右端板上的圓孔(24)直接與相機支座承載板(5)連接并驅動其俯仰擺動。6.根據權利要求5所述的三維雙目相機云臺實驗裝置,其特征在于,所述支撐架(4)左右兩端板設有圓孔(24),相機支座承載板(5)兩端設有支柱(25)并轉動連接該圓孔(24),支撐架(4)通過該圓孔(24)和支柱(25)的插配而支撐并轉動相機支座承載板(5)。

說明書

一種三維雙目相機云臺實驗裝置

技術領域

本發明涉及一種相機拍攝實驗裝置,尤其涉及一種雙目相機云臺實驗裝置。

背景技術

雙目立體視覺技術是一門具有廣闊應用前景的前沿學科,隨著現代光學、電子學以及計算機技術的研究和應用,將不斷發展進步,并逐漸實用化,不僅將成為生物醫學、工業檢測、虛擬現實等高科技領域的關鍵技術,還可以應用于航空航天遙測、軍事情報偵察等領域。在國外,雙目立體視覺技術已廣泛應用在工業生產、居民生活中。雙目立體視覺稱為計算機視覺的一個重要分支,其基于視差原理并利用成像設備從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像,通過計算圖像對應點間的位置偏差,來獲取物體三維幾何信息的方法。融合兩只眼睛獲得的圖像并觀察它們之間的差別,使我們可以獲得明顯的深度感,建立特征間的對應關系,將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來,形成視差圖。

雙目立體視覺具有效率高、精度合適、系統結構簡單、成本低等優點,非常適合于制造現場的在線、非接觸產品檢測和質量控制。對運動物體(包括動物和人體形體)測量中,由于圖像獲取是在瞬間完成的,因此立體視覺方法是一種更有效的測量方法。雙目立體視覺系統是計算機視覺的關鍵技術之一,獲取空間三維場景的距離信息也是計算機視覺研究中基礎的內容。而獲取雙目立體視覺的重要設備——雙目相機也越來越受到關注。

目前,雙目相機主要用在機、光、電工程技術中的視覺圖像處理領域,尤其用在對機械臂抓取控制方面。而傳統的雙目相機實驗裝置中,只能實現左右旋轉、上下俯仰等簡單動作,動作少,并且精度不高,調節困難,不能夠實時控制,成本造價昂貴,通用性差。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題的局限性,提供一種三維雙目相機云臺實驗裝置,可將兩臺相機分別放置于相機支撐板上,根據不同的實驗需要實時調整左右兩臺相機的間距、左右兩臺相機的整體左右旋轉角度、左右兩臺相機各自獨立的左右旋轉角度、左右兩臺相機整體的俯仰角度。

為達到上述目的,本發明的構思是:本發明涉及一種三維雙目相機云臺實驗裝置,從性質上來說屬于實驗性裝置,包括:

底座:其前部裝有水平測量儀,用于測量該裝置是否處于水平位置;其四個邊角處各裝有一個水平高度微調裝置,用于調整該裝置使其處于水平位置;其中部安裝有底座轉臺,用于實現調節兩臺相機整體旋轉角度,底座轉臺連接支撐架。

支撐架:其左端裝有俯仰角度測量儀,用于顯示當前俯仰角度數值;其右端安裝有伺服電機二,伺服電機二連接相機支座承載板5,用于調節安置于相機支座承載板上的兩臺相機的整體俯仰角度;

相機支座承載板:其內配有導軌和距離刻度,導軌上安裝有兩個相同的相機支座;相機支座上設有距離指針,用于直觀讀取當前移動距離;、伺服電機三通過直齒條齒輪機構同步調節兩個相機支座的間距;

相機支座:其上安裝有相機轉臺和角度刻度,相機轉臺連接相機支撐板,相機支撐板上設有角度指針,用于直觀讀取旋轉角度;伺服電機四實現相機左右旋轉角度的調節。左右兩個相機支座、相機轉臺具有相同的驅動方式和結構。

根據上述發明的構思,本發明采用下述技術方案:

一種三維雙目相機云臺實驗裝置,包括底座、轉臺、支撐架、相機支座承載板、直齒輪齒條調距機構、兩個相機支座、兩個相機轉臺、兩個相機支撐板,5臺伺服電機。底座中心設有伺服電機一,伺服電機一連接并驅動轉臺轉動;轉臺連接支撐架,支撐架連接由伺服電機二驅動的相機支座承載板俯仰擺動;相機支座承載板上左右各安裝一個由伺服電機三通過直齒輪齒條傳動而調距的兩個相機支座;兩個相機支座上各安裝一個伺服電機四,伺服電機四連接并驅動的相機轉臺轉動,每個相機轉臺上各安裝一個相機支撐板。

所述底座的前部設有水平測量儀,用以檢測該裝置是否位于水平位置;底座四個邊角處各設有一個水平高度微調裝置,用于調整該裝置使其處于水平位置。

本發明與現有技術相比較,具有如下顯而易見的突出實質性特點和優點:

1.本發明能夠實現雙目相機多角度變化,包括:整體俯仰角、整體左右旋轉角、單個相機左右旋轉角的變化,能夠實現兩臺相機間距同步變化。

2.本發明具有便于操作、實用性強的特點,在不平整桌面或者非水平設備表面,通過配帶的水平測量儀和水平高度調節裝置依然可以完成相應的實驗工作。

3.本發明采用伺服電機驅動控制,具有工作可靠、控制簡單、精度高、可開發性強的特點,可以通過人機界面進行角度和間距的實時監控和調節。

附圖說明

圖1為實施例1中三維雙目相機云臺實驗裝置立體示意圖

圖2為實施例1中三維雙目相機云臺實驗裝置正視圖

圖3為實施例1中三維雙目相機云臺實驗裝置轉臺與支撐架結構示意圖

圖4為實施例1中三維雙目相機云臺實驗裝置直齒條齒輪機構傳動方式示意圖

圖5為圖1中三維雙目相機云臺實驗裝置不包含相機支撐板的俯視圖

圖6為圖1中三維雙目相機云臺實驗裝置中相機支座傳動局部剖面圖

圖7為圖1中三維雙目相機云臺實驗裝置中相機支座承載板立體示意圖

圖8為圖1中三維雙目相機云臺實驗裝置中相機支座立體示意圖

圖9為雙目視覺成像原理圖

圖10為距離和相機角度改變雙目相機視野范圍變化圖

圖11為伺服電機控制硬件系統結構圖

圖12為伺服電機控制算法流程圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例結合附圖詳述如下:

實施例一

參見圖1~圖9,本三維雙目相機云臺實驗裝置,底座1中心設有伺服電機一17,伺服電機一17連接并驅動轉臺2轉動,實現兩臺相機整體的左右旋轉動作,對移動物體進行動態捕捉;轉臺2連接支撐架4,支撐架連接由伺服電機二驅動的相機支座承載板5俯仰擺動,當給伺服電機二8發送控制指令時,伺服電機二8驅動相機支座承載板5可以實現兩臺相機整體的上下俯仰動作,加大了相機動態拍攝的角度范圍;相機支座承載板5上左右各安裝一個由伺服電機三13通過直齒條齒輪機構18傳動而調距的兩個相機支座9,通過控制伺服電機三13的轉動,可以快速實現兩臺相機間距的變化;兩個相機支座上各安裝一個伺服電機四21,伺服電機四21連接并驅動的相機轉臺10轉動,每個相機轉臺10上各安裝一個相機支撐板11,每個相機支座9上的伺服電機四21可以單獨工作,當進行一些角度調正拍攝時,可以協調完成相應的工作。本裝置可以實現相機的整體左右旋轉角度調整、整體俯仰角度調整、兩臺相機間距調整、兩臺相機獨立左右旋轉角度調整等四種調節動作,極大增加了三維雙目相機云臺實驗裝置的靈活性和實用性。

實施例二

本實施例與實施例一基本相同,特征之處如下:所述底座1的前部設有水平測量儀3,用以檢測該裝置是否位于水平位置;底座1四個邊角處各設有一個水平高度微調裝置6,用于調整該裝置使其處于水平位置。在進行三維雙目相機拍攝實驗中,相機的角度選取對于獲取的圖像特征信息有很大的影響,相機對同一物體不同角度的拍攝,所得到的特征信息差異較大。由于某些實驗環境比較惡劣,例如沒有平整的拍攝平臺、實驗臺桌面老舊出現凹凸,都會導致相機的拍攝角度會發生變化,容易造成相機視覺誤差,所獲得的圖像對于后期的處理造成比較大的麻煩,例如物體三維空間坐標的確定、以及相機坐標的標定問題都會帶來極大的誤差。因此,在該三維雙目相機云臺實驗裝置前部設置水平測量儀3,用以檢測該裝置是否位于水平位置,如果不在水平位置,可以使用底座四個邊角處的水平高度微調裝置6,對該實驗裝置進行微調,達到水平位置,以避免或減小由于相機角度問題帶來的視覺誤差和坐標轉換誤差。

實施例三

如圖1~圖8所示,本三維雙目相機云臺實驗裝置,是關于實時調節攝像機角度和距離的實例。具體可參見圖1和圖2,位于底座1前部的水平測量儀3可以檢測整個實驗裝置是否位于水平位置,如果不是,可以調節位于底座1四個頂角處的水平高度微調裝置6進行水平調整。位于底座1中央位置的底座轉臺3如圖3所示位置,其連接支撐架4,控制器向伺服電機一17發送控制指令,伺服電機一17轉動,驅動底座轉臺3左轉動或右轉動,位于支撐架4上的左右兩臺相機實現整體左轉動或右轉動的動作.

支撐架4內連接相機支座承載板5,支撐架4左外側連接俯仰角測量儀16,右外側連接伺服電機二支座7,連接方式如圖2、圖3、圖7所示,伺服電機二8位于伺服電機二支座7上,伺服電機二8直接連接相機支座承載板5,控制器向伺服電機二8發送控制指令,伺服電機二8轉動,相機支座承載板5轉動,實現左右兩臺相機整體的俯仰角的改變;同時位于支撐架4左端的俯仰角測量儀16可以直觀讀取當前位置的俯仰角度.

相機支座承載板5內部設有導軌,兩壁上部設有距離刻度,如圖4、圖5、圖7、圖8所示。相機支座承載板5兩端位置連接兩個完全相同的相機支座9,相機支座9下部連接一滑塊,結構如圖8所示,安裝時滑塊放置于相機支座承載板5內的導軌上,相機支座9一側連接直齒條機構,位于相機支座承載板5上的伺服電機三13連接一齒輪機構,兩者共同構成直齒輪齒條機構18,如圖4所示,控制器向伺服電機三13發送控制指令,伺服電機三13轉動,通過直齒輪齒條機構18實現左右兩臺相機同步運動,改變左右兩臺相機間距;相機支座9一側連接距離指針15,相機支座9在導軌上運動,通過距離指針15所指示的距離刻度19可以直觀讀取當前位置相機支座9移動的距離。

兩個相機支座9中心分別連接一個相機轉臺10,兩個相機轉臺10各自連接一個完全相同的相機支撐板11,左右兩個相機支撐板11各安裝一臺相機并固定,控制器向伺服電機四21發送控制指令,位于左側的相機轉臺10實現獨立的左轉動或者右轉動;控制器向伺服電機五21發送控制指令,位于右側的相機轉臺10實現獨立的左轉動或者右轉動;位于相機支撐板11下方的角度指針12隨著相機轉臺10的轉動示數發生變化,可以直觀讀取當前位置單個相機左右旋轉的角度。

整個裝置共有5臺伺服電機,控制人員通過給控制器發送指令實現伺服電機的轉動,其中底座1中部的伺服電機一17實現兩臺相機整體在水平面內的左旋轉或者右旋轉;支撐架4右側伺服電機二支座7上的伺服電機二8實現兩臺相機整體的俯仰角的改變;支撐架4中部伺服電機三支撐板14上的伺服電機三13實現兩個相機之間的距離的改變,該距離的改變通過直齒輪齒條機構18實現;相機支座9中部的伺服電機四21和伺服電機五21控制相機左右旋轉,實現單個相機的左轉或者右轉的動作。

兩個相機支座9、兩個相機支撐板11是完全相同的,呈原點對稱安裝于相機支座承載板5上。

該三維雙目相機云臺實驗裝置配有伺服電機控制單元,控制人員通過給每臺伺服電機發送控制指令,來改變相機的角度和距離。

實施例四

如圖1~圖12所示,本三維雙目相機云臺實驗裝置,關于相機視野范圍調整控制算法如下。具體可參見圖9~圖12,實驗過程中將兩臺相機分別安置于所述三維雙目相機云臺實驗裝置的相機支座9上,并固定。兩臺相機從不同的角度捕獲同一物體的兩個側面圖像信息,依據雙目視覺原理:立體視覺系統由左右兩臺相機組成,如圖9所示,分別以下標l和r標注左、右攝像機的相應參數,世界坐標系YXZ中一點在左右攝像機的成像面和上的像點分別為和,分別作它們與各自相機的光心和的連線,即投影線和,它們的交點即為世界坐標系中的對象點。

依據上述原理,由于該發明裝置采用多個伺服電機驅動,采用如圖11所示的控制系統硬件結構圖,采用如圖12所示的控制算法流程架構,控制方式分為人工控制和自動控制模式。其中,人工控制是指人為輸入運動參數,自動模式是指結合相機捕捉的目標物體的移動,該裝置自動實時改變自身姿態以便追蹤目標物體的位置變化。采用卡爾曼算法能夠有效解決系統運動控制中的非線性問題,用于在本實施例中伺服電機的運動控制。計算機通過CAN總線向控制器發送控制指令,控制伺服電機四21和伺服電機五21同時向外側轉動,得到的視野變化如圖10左側部分所示,視野范圍增加,同時兩臺相機成像的交點與相機光心和的之間的連線的距離增加;通過控制器控制伺服電機四21和伺服電機五21同時向內側轉動,得到的視野變化如圖9右側部分所示,視野范圍減小,同時兩臺相機成像的交點與相機光心和的之間的連線的距離減小;控制器發送控制指令給伺服電機三13,伺服電機三13通過直齒輪齒條機構18實現左右兩臺相機間距的變化,如圖9上部圖所示,當其間距減小時,其視野范圍減小,同時兩臺相機成像的交點與相機光心和的之間的連線的距離減小;如圖9下部圖所示當其間距增大時,其視野范圍增大,同時兩臺相機成像的交點與相機光心和的之間的連線的距離增大。

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一種 三維 雙目 相機 實驗 裝置
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