[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

说明书

本发明属于图像测量领域，提供了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。在对造波机运动测量时，首先利用摄像机采集现场图像，并在图像处理板中对每块造波板上的标志点进行识别，并计算中心位置。然后与初始位置进行对比计算其像面位移，并结合定标参数转化为物理空间上的位移量。接下来通过EtherCAT网络将数据传输到计算机，并对数据进行编码识别。最后，在计算机中将造波板运动的测量值与目标值进行对比分析，从而得到造波机的运动信息。本发明在造波机运动测量时充分考虑了实验现场光照的不均匀所造成的目标识别难，运动追踪不稳定的问题，以及图像分析算法耗时大、多相机系统数据传输效率低的问题。

技术领域

本发明属于图像测量领域，涉及到大型波浪模拟系统中造波板位置的实时获取及组合运动曲线的评测问题，特别涉及基于EtheCAT网络的图像测量系统的设计方法。

背景技术

波浪模拟系统(又称为造波机系统)是海洋工程实验室中必备的一种环境模拟设备。通过造波机的使用可以在实验室有限的水池、水槽中人工产生规则波浪、不规则波浪，为海洋装备的研制提供实验验证的仿真环境。

使用造波机进行波浪模拟时，实验者首先根据目标谱设置波浪参数；然后根据系统传递函数计算每块造波板的运动曲线，并产生相应的控制信号；接下来，这些信息被传输到控制器中；随后，控制器根据所接受的运动信息控制与其连接的伺服轴产生运动；最后，造波板在伺服轴的带动下进行往复运动，从而产生不同形式的波浪。由此过程可以看出，波浪模拟的准确度完全取决于造波运动控制的精度。然而，造波过程是多块造波板联动的过程，每块造波板的运动数值均是造波运动曲线在空间分布上的一个离散采样点。另外，在多板造波机中并不是所有的造波板均在一个时钟下工作，即在造波板运动过程中存在着同步控制的精度问题。

为了解决造波机研制过程以及造波实验过程中对造波板运动控制性能的评测，在实际中常常采用人眼观测的方法以及采用激光位移传感器的方法。这两种方法可以部分解决一些现场评测的问题，但是在时间控制的精度上、对造波板同时测量的数量上、实验测量成本上以及操作的方便程度上都存在着很大的问题。因此迫切需要一种可应用于多板波浪模拟系统的测量方法与装置来实时同步获取所有造波板的瞬态位置信息。而采用图像测量的方法具有精度高、无扰动、全场测量、信息可视的特点。另外当该技术与EtherCAT数据采集技术融合后构建的图像测量系统不仅具有图像测量技术的特点，而且具有现场布线简单、视场范围大、安装方便、数据传输效率高的特点，非常适宜于建造大型多板造波系统的运动测量系统。

发明内容

针对海洋工程实验室中造波系统的运行状态监测问题，本发明将造波板运动测量与图像处理技术、EtherCAT网络技术相结合，提出了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。

本发明的技术方案：

一种应用于大型多板波浪模拟系统的运动测量装置，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；