专利名称：一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据处理技术领域，尤指一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法、装置及系统。
背景技术：
工程车辆的整个臂架系统除了承受自重载荷、工作载荷等静态载荷作用之外，在工作中的各种振动、冲击激励如泵车液压系统的冲击、混凝土流经输送管的流固耦合振动、臂架运动的惯性冲击以及风载、发动机振动载荷等，都可能引发臂架系统显著的动态响应。如何对臂架系统的振动变化进行测量，现有技术提供了很多方法，例如使用位移传感器来测量位移的振动变化，如图I所示，在需要测量部位顶一个位移传感器，直接可以 获取该点的位移变化，或者利用光栅传感器来测量振动，如图2所示，传感光栅贴装在悬臂的上表面上，另一个信号解调光栅贴装在悬臂梁下表面的对称位置.在待测振动惯性力的作用下悬臂梁发生机械振动，上表面应变收缩而下表面应变伸长，带动两个光纤光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起传感FBG的布拉格波长发生变化，通过探测传感FBG波长的变化即可实现振动的传感测量。或者采用传感器测量臂架的工作幅度。现有的臂架系统的振动变化测量方式，存在以下缺点需要将传感器直接布置在被测臂架上，一方面布置传感器的工作比较大，准备工作复杂，另一方面，测量范围�。凳毙圆还缓茫绻た鼋隙窳樱薹ūＶげ饬烤�。
发明内容
本发明实施例提供一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法、装置及系统，用以实现对工程机械臂架系统进行非接触式测量，从而解决了现有测量方式中布置传感器的工作量较大、实时性不够好以及测量方式准确度较低的问题。本发明实施例提供的一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法，包括以下步骤不断获取至少两个相机对臂架系统上安装的标记点同时采集的各图像，并分别确定各图像中像素点在世界坐标系中的三维坐标；根据各图像中各像素点的三维坐标，不断地将多个相机同时拍摄的图像拼接为一帧图像；将拼接后的各图像，分别与标记点的标准图像进行匹配运算，确定所述标记点在所述各图像中的位置；根据拼接后各图像中标记点三维坐标的变化，计算所述臂架系统的运动幅度。本发明实施例提供的一种工程机械臂架系统工作幅度的测量设备，包括获取�？椋糜诓欢匣袢≈辽倭礁鱿嗷员奂芟低成习沧暗谋昙堑阃辈杉母魍枷瘢蝗耆范？椋糜诜直鹑范ǜ魍枷裰邢袼氐阍谑澜缱晗抵械娜辏�
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此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I为现有技术中臂架系统测量方式的示意图之一；图2为现有技术中臂架系统测量方式的示意图之二 ；图3为本发明实施例提供的工程机械臂架系统工作幅度的测量方法的流程图；图4为本发明实施例提供的相机标定的示意图；图5为本发明实施例提供的工程机械臂架系统工作幅度的测量设备的结构示意图；图6为本发明实施例提供的工程机械臂架系统工作幅度的测量系统的结构示意图；图7为本发明实施例提供的测量系统的架构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法、装置及系统的具体实施方式
进行说明。本发明实施例提供的工程机械臂架系统工作幅度的测量方法，如图3所示，包括如下步骤S301、不断获取至少两个相机对臂架系统上安装的标记点同时采集的各图像，并分别确定各图像中像素点在世界坐标系中的三维坐标；S302、据各图像中各像素点的三维坐标，不断地将多个相机同时拍摄的图像拼接为一巾贞图像； S303、将拼接后的各图像，分别与标记点的标准图像进行匹配运算，确定所述标记 点在所述各图像中的位置；S304、根据拼接后各图像中标记点三维坐标的变化，计算臂架系统的运动幅度。下面分别对上述各步骤分别进行详细说明。本发明实施例提供的工程机械臂架系统工作幅度的测量方法中的步骤S301中，由于臂架系统包含多节臂架，可以在各节臂架需要测量的位置上，设置标记点，标记点可以是任意形状的标记例如常见的十字丝、圆形、对角圆等，由于臂架系统体积庞大，为了测量的方便，需要使用多个相机分别对臂架系统进行拍摄，然后将拍摄的图像拼接起来，实现对整个臂架系统的非接触性测量。因此，上述步骤S301中，由于多个相机分别对工程臂架系统上的标记点进行同时拍摄，需要不断获取多个相机在相同时刻拍摄的图像，并在步骤S302中，需要将多个相机拍摄的图像进行拼接，从而得到包含臂架系统上多个标记点的图像。在上述步骤S301中，可以通过下述方式确定拍摄的各图像中各像素点的三维坐标根据各图像中的像素点在图像坐标系的二维坐标，以及预先确定的图像坐标系下二维坐标与世界坐标系下的三维坐标的转换关系，分别将各图像中像素点的二维坐标转换为对应的三维坐标。其中，图像坐标系下二维坐标与世界坐标系下的三维坐标的转换关系，可以预先通过相机标定过程来确定。相机标定过程可采用非接触式测量中的相机标定方法，非接触式测量是基于双目立体视觉测量原理，该原理是基于视差，根据三角法原理进行三维信息的获取，由两个相机的图像平面和标定物之间构成一个三角形。首先以标定物为参照物，标定出一个相机的内外参数，然后以该相机和标定物为参照物，标定出另一个相机的内外参数。以两个相机为例，具体标定过程如下(I)设置标定物，具体包括打印一张模板，模板以固定间距组成的若干个十字丝组成，并将该模板并贴在一个平板上，将贴有模板的平板放置到两个相机的共同视场中，其位置信息已知。(2)两个相机从不同角度拍摄若干张(大于或等于3张)模板图像；(3)检测每幅图像中的目标点(例如十字丝中心)；(4)根据标定公式，分别获得两个相机的内部参数以及外部参数；
一般来说，相机的内外参数包括比例系数、有效焦距、主点、平移矩阵和旋转矩阵。在相机标定方法中，可先根据标定物，利用标定公式，标定一个相机，然后根据标定物，以及该相机来标定另一个相机。其中，标定公式即计算上述内外参数的过程，具体来说包括
下述四个方面(I)旋转矩阵
权利要求
1.一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 不断获取至少两个相机对臂架系统上安装的标记点同时采集的各图像，并分别确定各图像中像素点在世界坐标系中的三维坐标； 根据各图像中各像素点的三维坐标，将多个相机同时拍摄的图像拼接为一帧图像；将拼接后的各图像，分别与标记点的标准图像进行匹配运算，确定所述标记点在所述各图像中的位置； 根据拼接后各图像中标记点三维坐标的变化，计算所述臂架系统的运动幅度。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，分别确定各图像中像素点的三维坐标，包括 根据各图像中的像素点在图像坐标系的二维坐标，以及预先确定的图像坐标系下二维坐标与世界坐标系下的三维坐标的转换关系，分别将各图像中像素点的二维坐标转换为对应的三维坐标。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像坐标系下二维坐标与世界坐标系下的三维坐标的转换关系，通过下述方式确定 对布置在臂架系统上同一个标记点前方的多个相机分别进行标定，获取各相机的内外参数； 根据各相机的内外参数中的旋转矩阵和平移转换矢量，确定图像坐标系下二维坐标转换成世界坐标系下三维坐标的表达式。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，将多个相机同时拍摄的图像拼接为同一帧图像，包括 对多个相机同时拍摄的图像分别进行几何校正； 对几何校正后的各图像进行图像配准； 将图像配准后的各图像进行融合，消除拼接痕迹； 输出拼接完成的图像。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，将拼接后的各图像，分别与标记点的标准图像进行匹配运算，确定所述标记点在所述各图像中的位置，包括 使用标记点的标准图像作为模板； 使用所述模板与拼接后的图像中的各像素块进行匹配运算，当匹配运算的值大于设定的阈值时，确定该像素块为所述标记点。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括 当拼接后的图像使用所述标准图像作为模板无法匹配成功时，以上一帧拼接后的图像中匹配出的标记点为中心，选取一个图像邻域作为更新后的模板； 使用更新后的模板，与本帧和后续帧进行匹配，确定本帧和后续帧中的标记点的位置。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，还包括 当连续多帧拼接后的图像使用标准图像作为模板或者使用更新后的模板无法匹配成功时，确定所述标记点发生遮挡； 使用卡尔曼滤波算法，根据最近的匹配成功的拼接后的图像中标记点所在的位置，依次预测出发生遮挡的多帧拼接后的图像中标记点的三维坐标； 根据预测出的三维坐标，继续对所述臂架系统的运动轨迹进行测量。
8.—种工程机械臂架系统工作幅度的測量设备，其特征在于，包括 获取模块，用于不断获取至少两个相机对臂架系统上安装的标记点同时采集的各图像； 三维坐标确定�？椋糜诜直鹑范ǜ魍枷裰邢袼氐阍谑澜缱晗抵械娜辏� 拼接�？椋糜诟莞魍枷裰懈飨袼氐愕娜辏欢系亟喔鱿嗷迸纳愕耐枷衿唇游恢⊥枷瘢� 匹配�？椋糜诮唇雍蟮母魍枷瘢直鹩氡昙堑愕谋曜纪枷窠衅ヅ湓怂悖范ㄋ霰昙堑阍谒龈魍枷裰械奈恢茫� 測量�？椋糜诟萜唇雍蟾魍枷裰斜昙堑闳甑谋浠扑闼霰奂芟低车脑硕�。
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10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，还包括 标定�？椋糜诙圆贾迷诒奂芟低成贤霰昙堑闱胺降亩喔鱿嗷直鸾斜甓ǎ袢「飨嗷哪谕鈪⑹桓莞飨嗷哪谕鈪⑹械男卣蠛推揭谱皇噶浚范ㄍ枷褡晗迪楼宋曜怀墒澜缱晗迪氯甑谋泶锸�。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述拼接�？椋咛逵糜诙远喔鱿嗷迸纳愕耐枷穹直鸾屑负涡Ｕ欢约负涡Ｕ蟮母魍枷窠型枷衽渥迹唤枷衽渥己蟮母魍枷窠腥诤希唇雍奂＃皇涑銎唇油瓿傻耐枷瘛�
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于，匹配�？椋咛逵糜谑褂帽昙堑愕谋曜纪枷褡魑０澹皇褂盟瞿０逵肫唇雍蟮耐枷裰械母飨袼乜榻衅ヅ湓怂悖逼ヅ湓怂愕闹荡笥谏瓒ǖ你兄凳保范ǜ孟袼乜槲霰昙堑�。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括所述匹配�？椋褂糜诘逼唇雍蟮耐枷袷褂盟霰曜纪枷褡魑０逦薹ㄆヅ涑晒κ保陨烯`帧拼接后的图像中匹配出的标记点为中心，选取ー个图像邻域作为更新后的模板；使用更新后的模板，与本帧和后续帧进行匹配，确定本帧和后续帧中的标记点的位置。
14.如权利要求12或13所述的设备，其特征在于，还包括 卡尔曼滤波处理�？椋糜诘绷嘀∑唇雍蟮耐枷袷褂帽曜纪枷褡魑０寤蛘呤褂酶潞蟮哪０逦薹ㄆヅ涑晒κ保范ㄋ霰昙堑惴⑸诘玻皇褂每ǘ瞬ㄋ惴ǎ葑罱钠ヅ涑晒Φ钠唇雍蟮耐枷裰斜昙堑闼诘奈恢茫来卧げ獬龇⑸诘驳亩嘀∑唇雍蟮耐枷裰斜昙堑愕娜辏桓菰げ獬龅娜辏绦运霰奂芟低车脑硕旒＝胁饬�。
15.ー种工程机械臂架系统工作幅度的測量系统，其特征在于，包括 多个相机，用于分别对臂架系统上安装的标记点同时进行拍摄； 臂架系统工作幅度測量设备，用于不断获取所述多个相机对臂架系统上安装的标记点同时采集的各图像，井分别确定各图像中像素点在世界坐标系中的三维坐标；根据各图像中各像素点的三维坐标，不断地将多个相机同时拍摄的图像拼接为ー帧图像；将拼接后的各图像，分别与标记点的标准图像进行匹配运算，确定所述标记点在所述各图像中的位置；根据拼接后各图像 中标记点三维坐标的变化，计算所述臂架系统的运动幅度。
全文摘要
本发明公开了一种工程机械臂架系统工作幅度的测量方法、装置及系统，该方法包括不断获取多个相机对臂架系统上安装的标记点同时采集的各图像，并分别确定各图像中像素点在世界坐标系中的三维坐标；根据各图像中各像素点的三维坐标，不断地将多个相机同时拍摄的图像拼接为一帧图像；在拼接后的各图像中，分别匹配出所述标记点；根据拼接后各图像中标记点三维坐标的变化，对所述臂架系统的运动幅度进行测量。本发明解决了现有测量方式中布置传感器的工作量较大、实时性不够好以及测量方式准确度较低的问题。
文档编号G01H9/00GK102798456SQ20121023742
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者涂宏斌, 钟懿, 任会礼 申请人:中联重科股份有限公司
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