專利名稱：一種視覺傾角測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字紋理圖像特征提取和二維傾角測量方法和實(shí)現(xiàn) 裝置及儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種視覺傾角測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
起重運(yùn)輸機(jī)械是港口、建筑、貨艙、城建、消防等各種物流系統(tǒng) 中的常規(guī)主要設(shè)備之一。起重機(jī)械在施工作業(yè)過程中保證作業(yè)平臺的 穩(wěn)定與水平是安全生產(chǎn)的前提。許多機(jī)毀人亡的事故均是在起重作業(yè)
平臺的傾斜角超過傾翻臨界值而作業(yè)人員得不到及時提醒造成的。準(zhǔn) 確及時地測出作業(yè)平臺傾斜角 一 直是人們追求的技術(shù)目標(biāo)之一 。
目前，傾角測量一般是通過電容傳感器、電感傳感器、光電編碼 傳感器、氣體重力擺等位移傳感器將傾角轉(zhuǎn)換成角位移或線位移進(jìn)行。 當(dāng)進(jìn)行起重機(jī)傾斜角測量時，由于信號中同時存在高頻和低頻成分，
傾角測量精度要求高于0. 08度，目前的測量方法及傳感器難以在響應(yīng) 頻率、測量精度、成本等三方面完全滿足。
基于目前機(jī)器視覺技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像信號釆集與處理成 本大幅降低，用數(shù)字圖像處理技術(shù)完成傾角信號的采集，用常規(guī)的簡 單的重力擺產(chǎn)生傾角信號，從而解決起重運(yùn)輸機(jī)械施工作業(yè)過程中的 平臺傾角測量問題成為可能。由此產(chǎn)生了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述傾角測量方法的不足，本發(fā)明了提供一種新的視覺 傾角測量方法及實(shí)現(xiàn)裝置。該方法獲取的傾角測量值精度可達(dá)到0.05 度，采樣頻率可以在0. 1-20赫茲之間任意調(diào)節(jié)，而且成本低、工作可靠。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在某一平面上固定一個重力擺，當(dāng)此平面 傾斜時，測量重力擺的擺動信號，經(jīng)過計(jì)算得到此平面相對于水平面 的傾角值。
具體來說，設(shè)置有密閉外殼，以便于保護(hù)和固定；設(shè)置有攝像頭 獲取重力擺的擺動信號；設(shè)置有與攝像頭連接的信號處理電路板，攝 像頭將獲取的信號傳輸?shù)叫盘柼幚黼娐钒澹?jì)算出此平面相對于重力 擺鉛垂線的傾斜角，通過該傾角可以換算出該平面相對于水平面的傾 角值；設(shè)置有電源提供攝像頭和信號處理電路板所需的電源。
攝像頭的取像中軸線與重力擺鉛垂線之間的夾角為/5 ,密閉外殼垂
直軸線與重力擺鉛垂線平行時重力擺錘位置為(x。， y。)，密閉容器垂直 軸線與鉛垂線成6角、與圖像列號增大方向成a角時重力擺錘位置 為(x, y),則有
x=x。 + /. sin(。
cos(a). sin(/ ) y=y。 + /. sin(0). sin(a). sin(y9)
所以，可以通過(x，y)在攝像頭所獲得的重力擺錘圖像中的位置 (x，少)，求出傾角(a ， 6 )。
攝像頭最佳位置為位于重力擺正下方，且它的取像中軸線與重力 擺鉛垂線位于同一條直線上，計(jì)算方法為重力擺的長度設(shè)為l，密閉 容器垂直軸線與重力擺鉛垂線平行時重力擺錘位置為(x。， y。)，密閉容 器垂直軸線與鉛垂線成0角、與圖像列號增大方向成a角時重力擺 錘位置為(x, y)，則有
jc = jc。 + / - sin(6) cos(a) ;v = y0 + / sin(。. sin(a) 所以，可以通過(x，y)在攝像頭所獲得的重力擺錘圖像中的位置 (x, _y )，求出傾角(a ， 0 )。其中，重力擺長度1和攝像頭的分辨 率決定了傾角(a, e )的測量精度，當(dāng)l=400mm、攝像頭分辨率為 576x720像素時，傾角測量精度可達(dá)到0.05度。攝像頭與重力擺錘的 距離決定了測量范圍， 一般6的測量范圍為-90度到90度，a的測 量范圍在0度到360度。隨著測量范圍變大、測量精度會變小。
本發(fā)明的有益效果是，攝像頭可以以0. 1-20赫茲的可調(diào)頻率輸出 傾角和傾斜方位(a, 9 )，精度可達(dá)到0. 05度，當(dāng)擺長增大和分辨 率增大后，精度可以進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)簡單。對于所有起重作業(yè)平臺 和塔架的傾斜角測量，可以進(jìn)一 步提高需要傾斜角測量的裝置的安全 防范能力。


圖 一 為本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖二為本發(fā)明實(shí)施例的攝像頭獲取重力擺圖像的示意其中，l為重力擺，2為密閉外殼，3為光源，4為攝像頭，5為信
號處理電路板，6為電源。
具體實(shí)施例方式
下面以非限定性的實(shí)施例來進(jìn)一步解釋、說明本技術(shù)方案。
在一個密閉外殼中設(shè)置有電源、重力擺、攝像頭、信號處理電路 板和光源，其中，重力擺固定在密閉外殼上端蓋上，攝像頭設(shè)置在重 力擺正下方，它的中軸線與重力擺鉛垂線位于同一條直線上，電源和 信號處理電路板設(shè)置在不影響攝像頭取像的位置。信號處理電路板與 攝像頭連接，接收攝像頭傳輸?shù)男盘?，并且?jì)算密閉外殼相對于鉛垂
線的傾角值，進(jìn)而計(jì)算出外殼相對于水平面的傾角值；電源為攝像頭 和信號處理電路板供電；光源為帶型散射光源，不對重力擺錘形成直 射，便于攝像頭取像。
攝像頭設(shè)置為位于重力擺正下方，且它的取像中軸線與重力擺鉛 垂線位于同一條直線上，計(jì)算方法為重力擺的長度設(shè)為1，密閉容器 垂直軸線與鉛垂線平行時重力擺錘位置為(x。， y。)，密閉容器垂直軸線 與重力擺鉛垂線成e角、與圖像列號增大方向成a角時重力擺錘位 置為(x，y)，則有
x = X。 + /. sin(^). cos(a)
所以，可以通過(x,y)在攝像頭所獲得的重力擺錘圖像中的位 置(；c， y')，求出傾角(a , 9 )。其中，重力擺長度1和攝像頭的分 辨率決定了傾角(a , 6 )的測量精度，當(dāng)l=400mm、攝像頭分辨率 為576x720像素時，傾角測量精度可達(dá)到0. 05度。攝像頭與重力擺錘 的距離決定了測量范圍， 一般0的測量范圍為-90度到90度，a的 測量范圍在O度到360度。隨著測量范圍變大、測量精度會變小。
應(yīng)用時，將該裝置固定于使密閉容器軸線與被測平面平行或垂直 處，開啟電源。當(dāng)被測平面發(fā)生傾斜時，密閉外殼會同步發(fā)生傾斜， 攝像頭按照25赫茲的頻率獲取重力擺錘的擺動圖像，傳輸?shù)叫盘柼幚?電路板，經(jīng)過信號處理電路板轉(zhuǎn)換為傾斜角(a， 6 )，并以0.1-20 赫茲的可調(diào)頻率輸出。
為了更好的獲取擺動圖像，在重力擺上還可以設(shè)置有方便圖像識別 的標(biāo)志。根據(jù)使用環(huán)境，密閉外殼可以增加保溫和密封層。
權(quán)利要求
1.一種視覺傾角測量方法，其特征在于其方法是在某一平面上固定一個重力擺，當(dāng)此平面傾斜時，測量重力擺的擺動信號，經(jīng)過計(jì)算得到此平面相對于水平面的傾角值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用攝像頭，獲取 重力擺的位置；采用與攝像頭連接的信號處理電路板，計(jì)算所述平面 相對于水平面的傾角值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于其計(jì)算方法為所述 重力擺的長度設(shè)為l，攝像頭的取像中軸線與重力擺鉛垂線之間的夾角 為-,所述平面垂直軸線與重力擺鉛垂線平行時重力擺錘位置為(x。， y。), 密閉容器垂直軸線與鉛垂線成9角、與圖像列號增大方向成a角時 重力擺錘位置為(x，y),則有<formula>formula see original document page 2</formula> <formula>formula see original document page 2</formula>通過(x, y)在攝像頭所獲得的重力擺錘圖像中的位置(x， ；/)， 求出傾角(a ， e )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其計(jì)算方法為所述 重力擺的長度設(shè)為l，攝像頭設(shè)置在重力擺的正下方，使它的中軸線與 重力擺鉛垂線在一條直線上，所述平面垂直軸線與重力擺鉛垂線平行 時重力擺錘位置為(x。，y。)，密閉容器垂直軸線與鉛垂線成e角、與 圖像列號增大方向成a角時重力擺錘位置為(x，y)，則有<formula>formula see original document page 2</formula> <formula>formula see original document page 2</formula>通過(x，y)在攝像頭所獲得的重力擺錘圖像中的位置(x， , 求出傾角(a , 0 )。
5. 實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述視覺傾角測量方法的裝置，包括電源， 密閉外殼，其特征在于還包括重力擺、攝像頭、信號處理電路板， 其中，重力擺固定在密閉外殼上端蓋上；攝像頭設(shè)置在重力擺正下方， 其取像中軸線與重力擺鉛垂線在一條直線上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于在密閉外殼腔體內(nèi) 還設(shè)置有光源。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字紋理圖像特征提取和二維傾角測量方法和實(shí)現(xiàn)裝置及儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種視覺傾角測定方法及裝置。本發(fā)明的方案在某一平面上固定一個重力擺，當(dāng)此平面傾斜時，測量重力擺的擺動信號，經(jīng)過計(jì)算得到此平面相對于水平面的傾角值。本發(fā)明的有益效果是，可以0.1-20赫茲的可調(diào)頻率輸出傾角和傾斜方位(α，θ)，精度可達(dá)到0.05度，當(dāng)擺長增大和分辨率增大后，精度可以進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)簡單。對于所有起重作業(yè)平臺和塔架的傾斜角測量，可以進(jìn)一步提高需要傾斜角測量的裝置的安全防范能力。
文檔編號G01C11/00GK101183000SQ20071011427
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者何淑娟, 崔志先, 王積永 申請人:何淑娟;王積永;崔志先;山東富友有限公司