物體運動軌跡測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種物體運動軌跡測量系統(tǒng)，包括：底座；激光掃描儀組件，固定安裝在所述底座上；多組反射鏡組件，布置成每相鄰兩組反射鏡組件的反射鏡緊密地靠接在一起，并按照一定的設(shè)定排列、固定在所述底座上，其中，所述多組反射鏡組件形成半包圍所述激光掃描儀組件的結(jié)構(gòu)，并且能夠?qū)⑺炯す鈷呙鑳x組件發(fā)出的光信號反射到所設(shè)定的范圍內(nèi)。根據(jù)上述系統(tǒng)，由于使用多組反射鏡組件配合激光掃描儀構(gòu)成掃描系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)的掃描頻率當(dāng)于單個激光掃描儀掃描頻率的若干倍，大大提高了對高速目標(biāo)的軌跡捕捉能力。同時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，加工裝配容易，并且在使用時可以很快進行安裝和測量。
【專利說明】物體運動軌跡測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)測量系統(tǒng)，特別是涉及一種用于測量高速運動物體的運動軌跡的物體運動軌跡測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]運動軌跡是最重要的物體運動信息之一，通過運動軌跡可以很好地分析物體的運動規(guī)律，還可以計算出其他的運動信息，如速度、加速度等。目前，測量物體的運動軌跡可以利用攝像機對物體進行觀察，并測量出物體(人體)的運動軌跡，在監(jiān)控系統(tǒng)、體育運動分析系統(tǒng)中是重要的分析手段。
[0003]三維掃描是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對物體空間外形和結(jié)構(gòu)進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標(biāo)。它的重要意義在于能夠?qū)嵨锏牧Ⅲw信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。
[0004]目前對于速度比較快的運動物體的運動軌跡，使用激光掃描儀進行測量是比較常用的一種手段。但是由于激光掃描儀的掃描頻率等的限制，使得單獨使用一臺激光掃描儀不能達到測量運動軌跡的效果，所以使用多臺激光掃描儀進行測量，但是使用多臺激光掃描儀，其協(xié)同測量精度低，系統(tǒng)復(fù)雜，不適用，同時對于高速運動的物體，由于物體運動速度很快，即使使用多臺激光掃描儀也很難測量到其運動軌跡，并且即使測量到運動軌跡，其精確度不能達到預(yù)期的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明就是為解決上述技術(shù)問題而做出的，其目的在于提供一種用于測量高速運動的物體的運動軌跡的物體運動軌跡測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并且安裝容易，使用多組反射鏡組件相當(dāng)于對激光掃描儀所發(fā)出的光信號掃描頻率進行頻率放大，使得可以在測量范圍內(nèi)測量更高速度運動的物體的軌跡。
[0006]本發(fā)明提供一種物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，包括:底座；激光掃描儀組件，固定安裝在所述底座上；多組反射鏡組件，布置成每相鄰兩組反射鏡組件的反射鏡緊密地靠接在一起，并按照一定的設(shè)定排列、固定在所述底座上，所述多組反射鏡組件形成半包圍所述激光掃描儀組件的結(jié)構(gòu)，每一組反射鏡組件都能夠?qū)⑼欢挝矬w運動軌跡完整的反射至激光掃描儀組件，按照預(yù)定頻率對多組反射鏡組件進行掃描，以獲得被測物體運動時投射在多組反射鏡組件中的鏡像信息。
[0007]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，所述激光掃描儀組件包括激光掃描儀、豎直方向的支桿和水平方向的固定架，所述支桿和所述固定架固定連接在一起，所述激光掃描儀固定在所述支桿上，并且能夠沿著所述支桿豎直地移動，所述固定架固定在所述底座上。
[0008]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，所述多組反射鏡組件設(shè)置在底座上，所述多組反射鏡組件布置成半包圍激光掃描儀組件的形式，且多組反射鏡組件關(guān)于設(shè)定的一豎直平面對稱分布，使該平面兩側(cè)的反射鏡組件位置對稱、數(shù)量相同；所述激光掃描儀朝向所述反射鏡組件，且所述激光掃描儀的豎直中間面與多組反射鏡組件的所述豎直平面重合。
[0009]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，所述支桿設(shè)置成能夠沿著所述固定架的方向水平移動，以便調(diào)節(jié)激光掃描儀鏡頭的水平中間面與反射鏡組件中反射鏡的水平中間面重合。
[0010]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，所述反射鏡組件包括:支撐座，固定在所述底座上；水平轉(zhuǎn)臺，安裝在所述支撐座的頂部，用于調(diào)節(jié)反射鏡組件的方位角；連接架，固定在所述水平轉(zhuǎn)臺的頂部；連接板，豎直地固定在所述連接架上；角位臺，固定在所述連接板上，用于調(diào)節(jié)反射鏡的俯仰角；固定板，固定在所述角位臺的與所述連接板相反的一側(cè)；反射鏡，固定在所述固定板上，用于反射所述激光掃描儀發(fā)射的激光束。
[0011]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，還包括在所述被測物體運動軌跡范圍內(nèi)設(shè)置的運動軌跡模擬架，用于模擬所述物體的大致的運動軌跡，以調(diào)節(jié)所述多組反射鏡組件的位置，該運動軌跡模擬架包括多個主體支架以及多個橫桿，所述多個主體支架能夠在豎直方向調(diào)節(jié)高度，所述橫桿安裝在兩個所述主體支架之間，多個所述橫桿處于同一直線上。
[0012]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，所述多組反射鏡組件布置在所述激光掃描儀的視場范圍內(nèi)。
[0013]所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其中，所述多組反射鏡組件的所述反射鏡的寬度設(shè)計為相等或者不相等。
[0014]根據(jù)上述系統(tǒng)，由于使用多組反射鏡組件配合激光掃描儀構(gòu)成掃描系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)的掃描頻率相當(dāng)于單個激光掃描儀掃描頻率的若干倍，大大提高了對高速目標(biāo)的軌跡捕捉能力。同時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，加工裝配容易，并且在使用時可以很快進行安裝和測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的激光掃描儀組件的示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的反射鏡組件的示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的模擬架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明的一個實施例的物體運動軌跡測量系統(tǒng)布局的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的體運動軌跡測量系統(tǒng)的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。
[0021]圖1是表示本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的俯視圖。
[0022]如圖1所述，本發(fā)明所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)包括:底座100、激光掃描儀組件200和多組反射鏡組件300。
[0023]其中，底座100用于支撐激光掃描儀組件200、多組反射鏡組件300等構(gòu)件。在本實施例中，該底座100可以使用光學(xué)平臺，其上具有螺紋孔可以用螺釘固定其他構(gòu)件。在本發(fā)明的另一個實施例中，底座100可以由幾塊等高的光學(xué)平臺組成，在每塊光學(xué)平臺上方放置前述構(gòu)件。
[0024]圖2是本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的激光掃描儀組件示意圖。如圖2所示，激光掃描儀組件包括激光掃描儀210、背板211、豎直支桿212和水平固定架213。
[0025]激光掃描儀210可以使用常用的激光掃描儀，在本發(fā)明的實施例中，可以使用視場為190度的激光掃描儀。激光掃描儀210使用螺釘固定在背板211上，豎直支桿212具有沿豎直方向的凹槽，使用螺釘將背板211固定在凹槽中，使得背板可以沿著豎直支桿212的凹槽豎直地上下移動，水平固定架213固定在底座100上，豎直支桿212固定在水平固定架213上，水平固定架213可以是兩個長方體的組塊，這樣可以將豎直支桿212固定夾在兩個組塊之間，使得豎直支桿212不會傾斜，同時水平固定架213上也可以具有沿水平方向的凹槽，使得豎直支桿212可以固定地在水平固定架213的兩個組塊之間水平地移動。
[0026]圖3是表示本發(fā)明涉及的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的反射鏡組件的示意圖。如圖3所示，反射鏡組件300包括支撐座310、水平轉(zhuǎn)臺320、連接架330、連接板340、角位臺350、固定板360、壓塊370、軟木條380以及反射鏡390。
[0027]支撐座310固定在底座100上，用于支撐水平轉(zhuǎn)臺320、連接架330、連接板340、角位臺350、固定板360、壓塊370、軟木條380以及反射鏡390等構(gòu)件。在本實施例中，支撐座310可以使用螺釘固定在底座100上。水平轉(zhuǎn)臺320固定在支撐座310上，用于調(diào)節(jié)反射鏡390的方位角。連接架330固定在水平旋轉(zhuǎn)臺320的上方，連接架330的上端固定連接板340。連接板340為平板結(jié)構(gòu)，用于固定角位臺350，角位臺350可以調(diào)節(jié)反射鏡390的俯仰角。固定板360固定在角位臺350上，用于固定壓塊370。壓塊370固定在固定板360上，用于壓緊反射鏡390。軟木條380置于壓塊370與反射鏡390之間，防止壓塊370損傷反射鏡390。
[0028]在本實施例中，所示反射鏡是全反射平面鏡，并且每組反射鏡組件的反射鏡的寬度根據(jù)具體的需要設(shè)定。
[0029]反射鏡組件300布置在激光掃描儀210的視場范圍內(nèi)，并且多組反射鏡組件300布置成半包圍所述激光掃描儀組件200的形式，并且能夠?qū)⑺黾す鈷呙鑳x210發(fā)出的激光束反射到所設(shè)定的被測物體運動軌跡范圍內(nèi)。同時相鄰的反射鏡組件300互相接觸，使得相鄰的反射鏡組件300之間沒有縫隙存在，以防止產(chǎn)生的縫隙造成掃描信號的干擾。
[0030]圖4是本發(fā)明的物體運動軌跡測量系統(tǒng)的運動軌跡模擬架的示意圖。如圖4所示，所述物體運動軌跡測量系統(tǒng)還包括運動軌跡模擬架400,運動軌跡模擬架400包括多個主體支架410以及多個橫桿420。
[0031 ] 其中，所述多個支架410可以在豎直方向調(diào)節(jié)高度，所述橫桿420安裝在兩個所述主體支架410之間，多個所述橫桿420處于同一直線上。
[0032]在使用運動軌跡模擬架時，首先確定被測物體運動軌跡的范圍，然后在被測物體運動軌跡的范圍內(nèi)放置運動軌跡模擬架400，使得所述運動軌跡模擬架400的高度是所述物體運動的大致高度。
[0033]然后將所述運動軌跡模擬架400模擬作為所述物體的運動軌跡，在底座100上放置激光掃描儀組件200和多組反射鏡組件300，使得激光掃描儀組件200的激光掃描儀210發(fā)出的激光束經(jīng)過多組反射鏡組件300反射后正好照射到所述運動軌跡模擬架400上，并且使得所有反射的激光束照射到運動軌跡模擬架400上的設(shè)定的范圍內(nèi)。
[0034]以下具體描述本發(fā)明的物體運動軌跡的測量系統(tǒng)的安裝與調(diào)節(jié)的過程。
[0035]圖5是本發(fā)明的一個實施例的物體運動軌跡測量系統(tǒng)布局的示意圖。
[0036]從左到右依次為第一面反射鏡至第十二面反射鏡，標(biāo)號依次為I至12，點A，B，…，M分別為個反射鏡的邊緣，點O為激光掃描儀所在位置，PQ被測目標(biāo)的運動軌跡的所要測量的一段，即為運動軌跡模擬架400上所設(shè)定的范圍。
[0037]在本實施例中，所述多組反射鏡組件300設(shè)置在底座100上，所述多組反射鏡組件300布置成半包圍激光掃描儀組件200的形式，且多組反射鏡組件關(guān)于底座上假想設(shè)定的一豎直平面對稱分布，即該平面兩側(cè)的反射鏡組件位置對稱、數(shù)量相同；所述激光掃描儀210朝向所述反射鏡組件300，且所述激光掃描儀210的豎直中間面與多組反射鏡組件的豎直對稱平面重合。
[0038]本實施例中，激光掃描儀210的視場是190度,激光掃描儀工作過程是,掃描光束從其起始位置沿水平方向掃過190度為一個周期，同理，然后進入下一周期，再從起始位置沿水平方向掃過190度，所述起始位置是指視場的一個邊緣位置。由于本實施例的反射鏡組件300的數(shù)量是使用12組，把激光掃描儀的視場平均分成12份，每一份的角度大約是16度，即每個反射鏡的兩個邊緣與激光掃描儀連線的夾角為16度。[0039]以激光掃描儀210的視場角的角平分線OG為對稱軸，兩邊各放置6組反射鏡組件，兩邊的反射鏡組件關(guān)于直線OG對稱放置。由于激光掃描儀的掃描是利用一個光束以一定速度和頻率在視場范圍掃過，為了使激光掃描儀發(fā)出的激光束能夠有效地照射到反射鏡上，應(yīng)調(diào)整激光掃描儀鏡頭中心線與反射鏡中心位于同一水平面上。
[0040]被測目標(biāo)的運動軌跡大概在PQ處，調(diào)整系統(tǒng)中激光掃描儀和各個反射鏡組件的位置，使在PQ范圍內(nèi)運動的物體在掃描儀的視場范圍之內(nèi)。將一臺激光發(fā)射器放置在O點位置，并將所述激光發(fā)射器放置在方位轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整第一個反射鏡組件，使得當(dāng)激光發(fā)射器的光照射到反射鏡I的邊沿A時，反射光剛好照射到P點，繼續(xù)調(diào)整第一個反射鏡組件，使得當(dāng)激光發(fā)射器的光照射到反射鏡I的邊沿B時，反射光剛好照射到Q點；接著調(diào)整第二個反射鏡組件，使得當(dāng)激光發(fā)射器的光照射到反射鏡2的邊沿B時，反射光剛好照射到P點，繼續(xù)調(diào)整第二個反射鏡組件，使得當(dāng)激光發(fā)射器的光照射到反射鏡2的邊沿C時，反射光剛好照射到Q點；同理調(diào)整好所有的反射鏡組件。撤走激光發(fā)射器以及所述方位轉(zhuǎn)臺，將激光掃描儀放置在激光發(fā)射器所在位置O點，且正面朝向點G。這樣，在視場范圍為PQ內(nèi)運動的物體都在激光掃描儀的視場內(nèi)。
[0041 ] 激光掃描儀工作時，從A點掃描到M點的過程,相當(dāng)于對PQ段的范圍掃描了 12次，即相當(dāng)于將激光掃描儀的掃描頻率變成了原來的12倍，大大提高了對高速目標(biāo)的軌跡捕捉能力。
[0042]在本實施例中，激光掃描儀的位置點O與PQ的垂直距離設(shè)置為1591mm，線段PQ長設(shè)置688mm，通過理論計算，第一面反射鏡至第十二面反射鏡的寬度(單位均為mm)分別為:200,158.75,131.85,114.77,104.69、100、100、104.69,114.77,131.85,158.75、200。
[0043]上述實施例中采用的是十二個反射鏡組件，但反射鏡組件的數(shù)量并不限于此，可以根據(jù)測試需要，合理的設(shè)置反射鏡組件的數(shù)量。同時本發(fā)明的反射鏡組件的數(shù)量不但可以是偶數(shù)個，也可以是奇數(shù)個，當(dāng)設(shè)置奇數(shù)個反射鏡組件時，多組反射鏡組件也是關(guān)于底座上設(shè)定的豎直平面對稱分布，該平面兩側(cè)的反射鏡組件位置對稱、數(shù)量相同，相鄰的兩個反射鏡的相鄰邊緊密地靠在一起，而位于多組反射鏡組件中間的那組反射鏡組件的反射鏡是與所述豎直平面垂直的。
[0044]根據(jù)上述系統(tǒng)，由于使用多組反射鏡組件配合激光掃描儀構(gòu)成掃描系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)的掃描頻率當(dāng)于單個激光掃描儀掃描頻率的若干倍，大大提高了對高速目標(biāo)的軌跡捕捉能力，從而為精確的計算物體運動的軌跡提供更多的信息。所述計算處理方式可包括:通過在激光掃描儀內(nèi)部設(shè)置處理元件對獲得的信息進行處理，以獲得被測物體運動軌跡；也可以利用技術(shù)手段將鏡像信息轉(zhuǎn)換為計算機設(shè)備能夠處理的數(shù)字信號，利用與激光掃描儀耦接(例如:有線連接和無線連接)的計算機設(shè)備進行處理以獲得被測物體的運動軌跡。同時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，加工裝配容易，并且在使用時可以很快進行安裝和測量。
[0045]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述發(fā)明涉及的體運動軌跡測量系統(tǒng)，還可以在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
的基礎(chǔ)上做出各種改進和組合。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。
【權(quán)利要求】
1.一種物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 底座； 激光掃描儀組件，固定安裝在所述底座上； 多組反射鏡組件，布置成每相鄰兩組反射鏡組件的反射鏡緊密地靠接在一起，并按照一定的設(shè)定排列、固定在所述底座上， 所述多組反射鏡組件形成半包圍所述激光掃描儀組件的結(jié)構(gòu)，每一組反射鏡組件都能夠?qū)⑼欢挝矬w運動軌跡完整的反射至激光掃描儀組件，按照預(yù)定頻率對多組反射鏡組件進行掃描，以獲得被測物體運動時投射在多組反射鏡組件中的鏡像信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描儀組件包括激光掃描儀、豎直方向的支桿和水平方向的固定架，所述支桿和所述固定架固定連接在一起，所述激光掃描儀固定在所述支桿上，并且能夠沿著所述支桿豎直地移動，所述固定架固定在所述底座上。
3.如權(quán)利要求2所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述多組反射鏡組件設(shè)置在底座上，所述多組反射鏡組件布置成半包圍激光掃描儀組件的形式，且多組反射鏡組件關(guān)于設(shè)定的一豎直平面對稱分布，使該平面兩側(cè)的反射鏡組件位置對稱、數(shù)量相同；所述激光掃描儀朝向所述反射鏡組件，且所述激光掃描儀的豎直中間面與多組反射鏡組件的所述豎直平面重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述支桿設(shè)置成能夠沿著所述固定架的方向水平移動，以便調(diào)節(jié)激光掃描儀鏡頭的水平中間面與反射鏡組件中反射鏡的水平中間面重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述反射鏡組件包括: 支撐座，固定在所述底座上； 水平轉(zhuǎn)臺，安裝在所述支撐座的頂部，用于調(diào)節(jié)反射鏡組件的方位角； 連接架，固定在所述水平轉(zhuǎn)臺的頂部； 連接板，豎直地固定在所述連接架上； 角位臺，固定在所述連接板上，用于調(diào)節(jié)反射鏡的俯仰角； 固定板，固定在所述角位臺的與所述連接板相反的一側(cè)； 反射鏡，固定在所述固定板上，用于反射所述激光掃描儀發(fā)射的激光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括在所述被測物體運動軌跡范圍內(nèi)設(shè)置的運動軌跡模擬架，用于模擬所述物體的大致的運動軌跡，以調(diào)節(jié)所述多組反射鏡組件的位置，該運動軌跡模擬架包括多個主體支架以及多個橫桿，所述多個主體支架能夠在豎直方向調(diào)節(jié)高度，所述橫桿安裝在兩個所述主體支架之間，多個所述橫桿處于同一直線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述多組反射鏡組件布置在所述激光掃描儀的視場范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物體運動軌跡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述多組反射鏡組件的所述反射鏡的寬度設(shè)計為相等或者不相等。
【文檔編號】G01B11/00GK103743344SQ201410025077
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】曹國華, 呂瓊瑩, 全亞洲, 劉昆, 聶焱 申請人:長春理工大學(xué)