一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置，包括CCD工业相机、伺服机构、集成数据控制器、支撑固定机构、防护机构，每个伺服机构与相应的CCD工业相机连接，集成数据控制器通过电缆与各台CCD工业相机及各伺服机构连接；支撑固定机构用于支撑CCD工业相机、集成数据控制器、伺服机构，防护机构套装在CCD工业相机外部。本实用新型专利技术的有益效果是，该装置具有较大测量视野和图像匹配搜索范围，它能快速、高质量从不同角度拍摄浮空器囊体的数字图像，测量结果准确，过程简单，易操作，节省了人力和物力，解决大型浮空器体积测量的难题，在其它大形物体三维测量和模型重建过程中具有推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于多目视觉测量原理的立体相机装置，该装置在不同视点上获取物体表面二维影像来重建原空间物体的三维模型，属于摄影测量以及计算机视觉等领域。
技术介绍
大型浮空器具有较大载荷能力和滞空时间长等优点，在近地空间的对地观测、对地测量和通讯等领域的应用前景广阔。大型浮空器运行安全问题在应用中就显得尤其重要，浮空器在飞行试验场充气后，通过现场体积测量是确认大型浮空器飞行前重要技术参数，能够为飞行试验提供安全可靠参考数据。充气后的浮空器囊体是一个直径覆盖3～20米、且形状不规则的椭球，传统计算法、排水法、埋沙法等测量物体体积的方法都不能适用该场合。
技术实现思路
本技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置，能快速、高质量从不同角度拍摄浮空器囊体的数字图像，测量结果准确。本技术的技术方案为，一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置，包括：多台CCD工业相机；多个伺服机构，每个伺服机构与相应的CCD工业相机连接；集成数据控制器，通过电缆与各台CCD工业相机及各伺服机构连接；支撑固定机构，用于支撑CCD工业相机、集成数据控制器、伺服机构。优选地，还设有防护机构，套装在CCD工业相机外部。优选地，设有3台CCD工业相机，其中第一CCD工业相机独立安装在1个防护机构内，第二CCD工业相机和第三CCD工业相机同装在1个防护机构内；第一CCD工业相机与第二CCD工业相机、第三CCD工业相机分装在集成数据控制器两侧。优选地，所述第一CCD工业相机与第二CCD工业相机的安装高度一致，第三CCD工业相机的安装高度高于第二CCD工业相机。优选地，所述第一CCD工业相机与第二CCD工业相机的焦距及内部参数均相等。本技术的有益效果是研制一个低成本的大型浮空器体积测量用的立体相机装置，该装置具有较大测量视野和图像匹配搜索范围，它能快速、高质量从不同角度拍摄浮空器囊体的数字图像，测量结果准确，过程简单，易操作，节省了人力和物力，解决大型浮空器体积测量的难题，在其它大形物体三维测量和模型重建过程中具有推广应用价值。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进行进一步说明。图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的CCD工业相机的布置方案。图3是利用本技术所述相机装置测量浮空器囊体局部视野示意图。图4是利用本技术所述相机测量装置测量整个浮空器囊体布局方案示意图。具体实施方式如图1所示，一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置，包括：3台CCD工业相机、伺服机构3、集成数据控制器4、支撑固定机构5、防护机构2，每个伺服机构3与相应的CCD工业相机连接，集成数据控制器4通过电缆6与各台CCD工业相机及各伺服机构连接；支撑固定机构5用于支撑CCD工业相机、集成数据控制器4、伺服机构3，防护机构2套装在CCD工业相机外部。如图2所示，第一CCD工业相机1独立安装在1个防护机构内，第二CCD工业相机7和第三CCD工业相机8同装在1个防护机构内；第一CCD工业相机1与第二CCD工业相机7、第三CCD工业相机8分装在集成数据控制器4两侧；第一CCD工业相机1与第二CCD工业相机7的安装高度一致，第三CCD工业相机8的安装高度高于第二CCD工业相机7；第一CCD工业相机1与第二CCD工业相机7的焦距及内部参数均相等。防护机构2选用YA4512型铝合金材质防护罩，为弹簧支撑前开顶盖，底部长度约12英寸；视窗尺寸：67mm×57mm(宽×高)；最大可安装摄像机+镜头尺寸：174mm×90mcm×72.5mm(长×宽×高)。支撑固定机构5为伺服机构、防护机构、集成数据控制器和CCD工业相机的安装支撑结构件，设有专用三角支撑架和铝合金连接杆。所述集成数据控制器4及电缆是实现系统测量方案数据处理的组件，依据浮空器囊体外形特点，集成数据控制器发出控制指令给伺服机构3，调节相机倾斜方向和角度，在局部拍摄区域内达到最优视场效果(如图3)，本方案单组立体相机装置拍摄区域为12m×8m(长×宽)，然后控制相机拍摄浮空器囊体照片。设定测量场景(见图4)，将浮空器充气升空离地面2m左右。在浮空器囊体的四周分别架设6组立体相机装置。通过标定可以知道每组立体相机装置中的相机内部参数，并以第一CCD工业相机1为基准，求得第二CCD工业相机7、第三CCD工业相机8相对于第一CCD工业相机1的外部参数。集成数据控制器发出控制指令给伺服机构3，调节相机倾斜方向和角度，使所有立体相机装置拍摄区域能完整覆盖整个浮空器囊体，且局部影像组之间有一定的重叠度，集成数据控制器发出控制指令控制相机拍摄浮空器囊体照片，并接收和存储拍摄数据。这样可以全方位、多角度的对浮空器囊体进行影像采集，利用所采集的影像组和立体相机外部参数按照计算机视觉中运动到结构(SFM，StructurefromMotion)的方法进行三维重建，得到浮空器囊体的三维表面模型，利用数值积分法进而求得浮空器囊体体积。立体视觉测量是随着计算机视觉测量技术发展而来的一种被动式测量方法，一般由多个相机或由一个相机移动构成，从不同视角获得同一被测物体的数字图像，根据视差原理重建出被测物体的三维几何信息。立体视觉测量的实现方式有多种多样，根据浮空器囊体外形特征，本研究选用一种平行式视觉模型与汇聚式视觉模型相结合的三台工业CCD相机的结构设计方案，该方案能兼顾立体相机的共同视野和图像匹配搜索范围，从不同角度拍摄浮空器囊体的数字图像对，然后运用视差原理恢复浮空器囊体的三维几何信息并重建其在三维世界中的形状和位置，进而计算得到其体积。第一CCD工业相机1、第二CCD工业相机7采用平行式立体视觉模型布局，第一CCD工业相机1、第二CCD工业相机7的焦距以及内部参数均相等，两台相机的光轴与成像平面垂直，可以看作是将第一CCD工业相机1沿着水平安装方向平移一段距离C(称为基线)后与第二CCD工业相机7重合。这种结构形式中，左右两个相机的配置几何关系最为简单，基线已具有很好的性质，为寻找世界坐标系中被测的物点(空间点)在左右相机的成像平面上投影点之间的匹配关系提供便利的条件。第一CCD工业相机1、第二CCD工业相机7采用汇聚式视觉模型布局，两台相机的光轴之间成一定的角度布置，第二CCD工业相机8在水平基线向上倾斜θ角度安装，从结构上扩展平行式立体视觉中视场太小的问题。测量时，可以根据被测浮空器囊体外形特点或系统测量方案要求，方便、灵活地通过伺服机构③调节三台相机之间距离和相机的倾斜方向，保证拍摄时同时获取浮空器局部区域的三幅影像之间有一定的重叠度，形成一个局部影像组，整个浮空器囊体模型由许多有一定规律影像组拼接而成。本文中所描述的具体实施例，仅仅是对本技术方案作举例说明。本技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例，做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置，其特征是，包括：3台CCD工业相机；多个伺服机构(3)，每个伺服机构(3)与相应的CCD工业相机连接；集成数据控制器(4)，通过电缆(6)与各台CCD工业相机及各伺服机构连接；支撑固定机构(5)，用于支撑CCD工业相机、集成数据控制器(4)、伺服机构(3)；防护机构(2)，套装在CCD工业相机外部；其中第一CCD工业相机(1)独立安装在1个防护机构内，第二CCD工业相机(7)和第三CCD工业相机(8)同装在1个防护机构内；第一CCD工业相机(1)与第二CCD工业相机(7)、第三CCD工业相机(8)分装在集成数据控制器(4)两侧。

【技术特征摘要】
1.一种大型浮空器体积测量系统的立体相机装置，其特征是，包括：3台CCD工业相机；多个伺服机构(3)，每个伺服机构(3)与相应的CCD工业相机连接；集成数据控制器(4)，通过电缆(6)与各台CCD工业相机及各伺服机构连接；支撑固定机构(5)，用于支撑CCD工业相机、集成数据控制器(4)、伺服机构(3)；防护机构(2)，套装在CCD工业相机外部；其中第一CCD工业相机(1)独立安装在1个防护机构内，第二CCD工业相机(7)和第三CCD工业相机(8)同装在1个防护机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤俭，吴平，管鹏举，阳志勇，
申请(专利权)人：湖南航天机电设备与特种材料研究所，
类型：新型
国别省市：湖南;43