[发明专利]一种应用于大型多板波浪模拟系统的运动测量方法与装置

权利要求书

1.一种应用于大型多板波浪模拟系统的运动测量装置，其特征在于，所述的运动测量装置包括计算机、摄像机、红外补光器、圆形荧光标志点以及EtherCAT图像处理板；所述的摄像机为带有定焦镜头的红外增强型工业摄像机，其数量由测量范围决定；所述的红外补光器的数量由现场的成像条件决定，EtherCAT图像处理板的数量与摄像机的数量一致；

运动测量装置采用基于EtherCAT网络的数据采集结构，计算机作为EtherCAT网络的主站；将摄像机布置在造波系统的上方，在满足测量精度的要求下视场覆盖所有造波板，当单台摄像机无法覆盖被测区域时则采用多台摄像机联合工作的方式；每台摄像机通过CameraLink接口与每个EtherCAT图像处理板相连，作为EtherCAT网络的从站；每块EtherCAT图像处理板的Trig触发接口互连在一起，第一块EtherCAT图像处理板与计算机通过RJ45网络接口连接，每台摄像机的EtherCAT图像处理板通过RJ45网络接口彼此互联在一起；红外补光器放置在摄像机的一侧用于对现场进行照明，其数量根据现场成像的质量进行选择；圆形荧光标志点黏贴或填涂造波板的连接板上。

2.根据权利要求1所述的运动测量装置，其特征在于，所述的红外补光器为850nm红外补光灯。

3.一种应用于大型多板波浪模拟系统的运动测量方法，其特征在于，步骤如下：

步骤A：在造波机的正上方安装好摄像机，并根据测量精度、相机分辨率以及测量范围选择摄像机的数量，将EtherCAT图像处理板彼此互联后与计算机相连，组成基于EtherCAT网络的数据采集结构；在造波板上方的连接板上固定圆形荧光标志点，采用四邻域布置方式，即沿造波板运行轴线方向在标识点的上、下、左、右相同距离处各布置四个辅助识别点；调整摄像机的位置使得标志点的布置方向与摄像图像的行列方向一致；通过EtherCAT图像处理板设置摄像机为外触发模式；EtherCAT图像处理板彼此间通过Trig接口进行触发信号的统一，同时向各自的摄像机发出一致的同步触发采集信号；

步骤B：摄像机布置完毕，初次运行时需要进行系统定标，分别在造波板的初始位置与最大行程位置各拍摄一次图像；EtherCAT图像处理板对采集的图像进行图像二值化以及圆形目标提取，并为每台造波板的运动图像信息建立查找表，记录造波板运动行程的物理距离与像面距离的比值K_i,i＝1,2,…,N，其中N为像面上造波板的数量，同时记录标志点的运动范围以及中心标志点运行轨迹的起点与终点图像坐标；在像面上为每个造波板按照从左到右的顺序进行编号，并将标定信息按照编号存储在图像处理板的存储空间内；

步骤C：对当前时刻的现场进行图像采集，在EtherCAT图像处理板中FPGA将图像数据采集到存储单元中，之后由EtherCAT图像处理板上的DSP对存储区的图像进行数据处理：首先在每块造波板的运动范围内提取所有标识点；然后在定标过程中记录的中心标识点运动区间线上对每个提取点进行辨别，仅当当前点上下左右各有一个邻近点时认为该标志点为正确的标志点；接下来将标志点的坐标减去记录的初始位置，从而得到该造波板运动的图像位移，随后将该图像位移值乘上K_i得到物理位移值；在完成对每块造波板的图像分析后，得到每个图像上各块造波板的位移信息；最后，EtherCAT图像处理板将图像中造波板的运动信息按照“编号+位移量”的方式构建子报文，并通过EtherCAT网络反馈回计算机；

步骤D：计算机提取图像处理卡所传送来的报文，并按照从站的序号对报文中的数据进行重新编号，使得每台造波机的推板运动信息的编号唯一并且按照空间位置关系依次排列；

步骤E：计算机对造波板的位移信息进行分析：按照编号顺序将每块造波板的位移数据进行排列，形成测量数据曲线；与此同时，将当前时刻测量数据曲线与目标数据曲线进行差值计算，统计最大差异值以及平均差异值，并绘制每台造波板运行的误差曲线方便实验者进行造波机控制精度的检测；

步骤F：反复执行步骤C-步骤E，直到造波运动测量结束。