一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置及方法，包括高速攝像機、光學成像系統(tǒng)的鏡面、被試電器、兩個被試電器運動部分的被測面、計算機系統(tǒng)，燈光照明系統(tǒng)，將高速攝像機、光學成像系統(tǒng)的鏡面和二個被試電器運動部分的被測面相結(jié)合，對電器的可動部分的兩個可視面在一臺攝像機圖像平面上同時清晰成像，進行動態(tài)拍攝，利用圖像處理方法獲得電器可動部分的三維動態(tài)特性曲線。該測試方法與裝置可實現(xiàn)電器運動部分三維動態(tài)特性測試，測試過程簡單，測試精度高，不需要經(jīng)過標定板制作，相機標定，公式換算等一系列繁瑣的過程。
【專利說明】—種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置及方法【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置及方法，屬于電器動態(tài)測試領域。
【背景技術(shù)】
[0002]開關電器是重要的電工設備，電器技術(shù)水平與產(chǎn)品性能質(zhì)量對電力系統(tǒng)運行的可靠性至關重要，電器的運動部件的動態(tài)特性對電器的性能起著決定性作用。受測試方法的限制，目前對電器運動部件的動態(tài)特性測試是一維或二維的，通常只對電器運動部件的主運動方向進行測試。受產(chǎn)品設計、組裝等技術(shù)條件的影響，以及由于受力不均勻，電器運動部件電磁機構(gòu)不可避免地在空間其他方向產(chǎn)生偏移運動，使得電器運動部件并非呈理想的二維平面運動，而是呈現(xiàn)三維空間運動形式。因此，尋求準確的三維動態(tài)特性測試方法是研究電器動態(tài)特性的重要基礎，對產(chǎn)品設計、工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量、運行可靠性的認定具有重要意義。雙目視覺技術(shù)的發(fā)展為電器機構(gòu)的三維動態(tài)測試指明了方向，而采用光學元件與單臺相機結(jié)合的方式組成雙目視覺系統(tǒng)，能夠很好地解決了兩臺相機不同步和成本高的問題，如薛建儒等所獲專利“單相機測量物體三維位置與姿態(tài)的方法”(專利號:ZL201010184619.4)。但是雙目立體視覺技術(shù)由于涉及到相機參數(shù)的標定、特征量提取和立體匹配等問題，使得處理過程復雜，數(shù)學換算過程也容易引入誤差。為此，本發(fā)明提出一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試方法和裝置，只要根據(jù)光路設計，將攝像機、鏡面和電器產(chǎn)品按要求布置，拍攝電器運動部件動作過程的圖像并進行處理即可得三維動態(tài)特性曲線，整個測試過程簡單，測試精度高，不需要經(jīng)過標定板制作，相機標定，公式換算等一系列繁瑣的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種測試簡單、精度高的基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置及方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，包括高速攝像機(C)、高速攝像機固定裝置(H)、被試電器(A)、被試電器固定裝置
(G)、光學成像系統(tǒng)的鏡面、鏡面固定裝置(F)、被試電器的運動部分(B)、第一被測面(BI)、第二被測面(B2)、計算機系統(tǒng)(D)和燈光照明系統(tǒng)(N)，所述高速攝像機(C)安裝在高速攝像機固定裝置(H)上；所述被試電器(A)安裝在被試電器固定裝置(G)上；所述高速攝像機(C)和被試電器(A)均置于光學成像系統(tǒng)的鏡面之前；所述光學成像系統(tǒng)的鏡面安裝在鏡面固定裝置(F)上；所述被試電器的運動部分(B)位于所述被試電器(A)上；所述第一被測面(BI)和第二被測面(B2)分別位于被試電器的運動部分(B)的前端兩側(cè)；所述高速攝像機(C)的鏡頭用于接收光學成像系統(tǒng)的鏡面反射的被試電器的運動部分被測面的圖像；所述計算機系統(tǒng)(D)的信號輸出端與被試電器(A)的控制端連接；所述計算機系統(tǒng)(D)還與高速攝像機(C)相連接；所述燈光照明系統(tǒng)(N)用于為整個裝置提供光源。[0005]在本發(fā)明實施例中，所述光學成像系統(tǒng)的鏡面包括第一鏡面(Jl)和第二鏡面(J2);所述第一鏡面(Jl)與第二鏡面(J2)之間的夾角E小于180° ;所述第一被測面(BI)和第二被測面(B2)分別與第一鏡面(Jl)和第二鏡面(J2)相對擺放。
[0006]在本發(fā)明實施例中，所述第一鏡面(Jl)和第二鏡面(J2)面對高速攝像機(C)的鏡頭。
[0007]在本發(fā)明實施例中，所述被試電器(A)置于第一鏡面(J1)、第二鏡面(J2)和高速攝像機(C)之間。
[0008]在本發(fā)明實施例中，所述高速攝像機(C)置于第一鏡面(Jl)、第二鏡面(J2)和被試電器(A)之間。
[0009]在本發(fā)明實施例中，所述光學成像系統(tǒng)的鏡面包括第一鏡面(Jl);所述第一被測面(BI)面對第一鏡面(Jl);所述第二被測面(B2)面對高速攝像機(C)的鏡頭。
[0010]在本發(fā)明實施例中，所述第一鏡面(J1)、被試電器運動部分(B)和高速攝像機(C)
二者呈二角形分布。
[0011]本發(fā)明還提供了一種采用上述基于單相機的電器三維動態(tài)特性裝置的測試方法，按照以下步驟進行，
501:在第一被測面和第二被測面上分別設置一個標記點；
502:任意確定一條水平基準線,將被試電器固定在被試電器固定裝置上,調(diào)整第一鏡面和第二鏡面的角度以及高速攝像機的距離和焦距，并確保高速攝像機的光軸垂直于水平基準線，調(diào)節(jié)燈光照明系統(tǒng)并結(jié)合高速攝像機的光圈，使得被試電器的運動部分上的第一被測面和第二被測面的標記點通過鏡面反射后，在高速攝像機圖像平面上同時清晰成像；
S03:通過對光源、高速攝像機及圖像采集軟件的調(diào)校，使計算機界面上顯示的圖像只剩標記點和拍攝時間信息，去除了噪聲，減小了后期圖像處理的難度；并利用高速攝像機拍攝物體運動過程標記點圖像；
S04:利用圖像處理軟件對拍攝的圖像進行數(shù)據(jù)處理，得到被試電器在上下、左右和前后的位移-時間曲線，即三維運動曲線。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提出一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試方法和裝置，只要根據(jù)光路設計，將攝像機、鏡面和電器產(chǎn)品按要求布置，拍攝電器運動部件動作過程的圖像并進行處理即可得三維動態(tài)特性曲線，整個測試過程簡單，測試精度高，不需要經(jīng)過標定板制作，相機標定，公式換算等一系列繁瑣的過程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為被試電器在高速攝像機和兩個鏡面光學成像系統(tǒng)之間的三維動態(tài)測試方法與裝置原理圖。
[0014]圖2為高速攝像機在被試電器和兩個鏡面光學成像系統(tǒng)之間的三維動態(tài)測試方法與裝置原理圖。
[0015]圖3為光學成像系統(tǒng)為兩面鏡子的三維動態(tài)測試方法與裝置的光路設計圖。
[0016]圖4為光學成像系統(tǒng)為一面鏡子的三維動態(tài)測試方法與裝置原理圖。
[0017]圖5為光學成像系統(tǒng)為一面鏡子的三維動態(tài)測試方法與裝置的光路設計圖。【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體說明。
[0019]本發(fā)明一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，包括高速攝像機(C)、高速攝像機固定裝置(H)、被試電器(A)、被試電器固定裝置(G)、光學成像系統(tǒng)的鏡面、鏡面固定裝置(F)、被試電器的運動部分(B)、第一被測面(BI)、第二被測面(B2)、計算機系統(tǒng)(D)和燈光照明系統(tǒng)(N)，所述高速攝像機(C)安裝在高速攝像機固定裝置(H)上；所述被試電器(A)安裝在被試電器固定裝置(G)上；所述高速攝像機(C)和被試電器(A)均置于光學成像系統(tǒng)的鏡面之前；所述光學成像系統(tǒng)的鏡面安裝在鏡面固定裝置(F)上；所述被試電器的運動部分(B)位于所述被試電器(A)上；所述第一被測面(BI)和第二被測面(B2)分別位于被試電器的運動部分(B)的前端兩側(cè)；所述高速攝像機(C)的鏡頭用于接收光學成像系統(tǒng)的鏡面反射的被試電器的運動部分被測面的圖像；所述計算機系統(tǒng)(D)的信號輸出端與被試電器(A)的控制端連接；所述計算機系統(tǒng)(D)還與高速攝像機(C)相連接；所述燈光照明系統(tǒng)(N)用于為被試電器的運動部分被測面提供光源。
[0020]本發(fā)明還提供了一種采用上述基于單相機的電器三維動態(tài)特性裝置的測試方法，按照以下步驟進行，
501:在第一被測面和第二被測面上分別設置一個標記點；
502:任意確定一條水平基準線,將被試電器固定在被試電器固定裝置上,調(diào)整第一鏡面和第二鏡面的角度以及高速攝像機的距離和焦距，并確保高速攝像機的光軸垂直于水平基準線，調(diào)節(jié)燈光照明系統(tǒng)并結(jié)合高速攝像機的光圈，使得被試電器的運動部分上的第一被測面和第二被測面的標記點通過鏡面反射后，在高速攝像機圖像平面上同時清晰成像；
S03:通過對光源、高速攝像機及圖像采集軟件的調(diào)校，使計算機界面上顯示的圖像只剩標記點和拍攝時間信息，去除了噪聲，減小了后期圖像處理的難度；并利用高速攝像機拍攝物體運動過程標記點圖像；
S04:利用圖像處理軟件對拍攝的圖像進行數(shù)據(jù)處理，得到被試電器在上下、左右和前后的位移-時間曲線，即三維運動曲線。
[0021]以下為本發(fā)明的具體實施例，
實施例一:
如圖1所示是被試電器在高速攝像機和兩個鏡面光學成像系統(tǒng)之間的三維動態(tài)測試方法與裝置原理圖，包括高速攝像機C、高速攝像機固定裝置H、光學成像系統(tǒng)的鏡面J1、光學成像系統(tǒng)的鏡面J2、鏡面固定裝置F、被試電器A、被試電器的運動部分B、被試電器運動部分的被測面B1、被試電器運動部分的被測面B2、被試電器固定裝置G、計算機系統(tǒng)D，燈光照明系統(tǒng)N。其特征在于:光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl與光學成像系統(tǒng)的鏡面J2安裝在鏡面固定裝置F上,光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl與光學成像系統(tǒng)的鏡面J2之間的夾角E小于180° ,被試電器A安裝在被試電器固定裝置G上，被試電器運動部分的被測面B1、被試電器運動部分的被測面B2分別面對著光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl與光學成像系統(tǒng)的鏡面J2，高速攝像機C安裝在高速攝像機固定裝置H上，高速攝像機C和被試電器A均置于光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl與光學成像系統(tǒng)的鏡面J2前面，被試電器A放在光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl、J2和高速攝像機C之間，高速攝像機C的鏡頭可接收光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl與光學成像系統(tǒng)的鏡面J2反射的被試電器運動部分的被測面BI和被試電器運動部分的被測面B2的圖像，計算機系統(tǒng)D的信號輸出端接到被試電器A的控制端，計算機系統(tǒng)D的另一輸出端與高速攝像機C的控制端相接，高速攝像機C的信號輸出端與計算機系統(tǒng)D的輸入端相接。
[0022]實施例二:
如圖2為高速攝像機在被試電器和兩個鏡面光學成像系統(tǒng)之間的三維動態(tài)測試方法與裝置原理圖，高速攝像機C和被試電器A均置于光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl與光學成像系統(tǒng)的鏡面J2前面，高速攝像機C置于光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl、J2和被試電器A之間。
[0023]如圖1至圖3所示，BI和B2為被試電器運動部分B的兩個被測面，Jl和J2為兩面鏡子，被試電器的運動部分B經(jīng)鏡面反射后分別在OP面上呈現(xiàn)BI’和B2’面。調(diào)節(jié)高速攝像機至適當?shù)奈恢?，使BI’面和B2’面在高速攝像機中一次成像，BI面的運動代表被試電器的運動部分B在X軸和Z軸方向上的運動，B2面代表Y軸和Z軸方向的運動，從而獲得動作機構(gòu)X、Y、Z三個方向的三維運動過程。
[0024]實施例三:
如圖4是光學成像系統(tǒng)為一面鏡子的三維動態(tài)測試方法與裝置原理圖，包括高速攝像機C、高速攝像機固定裝置H、光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl、鏡面固定裝置F、被試電器A、被試電器的運動部分B、被試電器運動部分的被測面B1、被試電器運動部分的被測面B2、被試電器固定裝置G、計算機系統(tǒng)D，燈光照明系統(tǒng)N，其特征在于:所述的光學成像系統(tǒng)只有一個鏡面為光學成像系統(tǒng)的鏡面J1，被試電器運動部分的被測面BI面對著光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl，被試電器運動部分的被測面B2面對著高速攝像機C的鏡頭，鏡面Jl、被試電器運動部分B和高速攝像機C三者呈三角形分布，使被試電器運動部分的被測面BI在光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl中成像，高速攝像機C的鏡頭同時接收被試電器運動部分的被測面B2和光學成像系統(tǒng)的鏡面Jl反射的被試電器運動部分的被測面BI的圖像，計算機系統(tǒng)D的信號輸出端接到被試電器A的控制端，計算機系統(tǒng)D的另一輸出端與高速攝像機C的控制端相接，高速攝像機C的信號輸出端與計算機系統(tǒng)D的輸入端相接。
[0025]如圖4與圖5所示，BI和B2為被試電器運動部分B的兩個被測面，Jl為鏡子，被試電器的運動部分BI經(jīng)鏡面反射后在OP面上呈現(xiàn)BI’面。調(diào)節(jié)高速攝像機至適當?shù)奈恢?，使BI’面和B2面在高速攝像機中一次成像，BI面的運動代表被試電器的運動部分B在X軸和Z軸方向上的運動，B2面代表Y軸和Z軸方向的運動，從而獲得動作機構(gòu)X、Y、Z三個方向的三維運動過程。
[0026]本發(fā)明裝置測試時按照以下步驟進行操作:
1)在被測運動部分的被測面上設置標記點；
2)任意確定一條水平基準線，將被測物體固定在測試裝置上，調(diào)整鏡面角度以及高速攝像機的距離和焦距，并確保高速攝像機的光軸垂直于水平基準線，調(diào)節(jié)燈光照明系統(tǒng)并結(jié)合攝像機的光圈使被試電器運動部分的被測面的標記點在一臺攝像機圖像平面上同時清晰成像；
3)通過對光源、高速攝像機及圖像采集軟件的調(diào)校，使計算機界面上顯示的圖像只剩標記點和拍攝時間信息，去除了噪聲，減小了后期圖像處理的難度。利用高速攝像機拍攝物體運動過程標記點圖像；
4)利用圖像處理軟件對拍攝的圖像進行數(shù)據(jù)處理，得到被測物體在上下、左右和前后的位移-時間曲線，即三維運動曲線。[0027]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，包括高速攝像機(C)、高速攝像機固定裝置(H)、被試電器(A)、被試電器固定裝置(G)、光學成像系統(tǒng)的鏡面、鏡面固定裝置(F)、被試電器的運動部分(B)、第一被測面(BI)、第二被測面(B2)、計算機系統(tǒng)(D)和燈光照明系統(tǒng)(N)，其特征在于:所述高速攝像機(C)安裝在高速攝像機固定裝置(H)上；所述被試電器(A)安裝在被試電器固定裝置(G)上；所述高速攝像機(C)和被試電器(A)均置于光學成像系統(tǒng)的鏡面之前；所述光學成像系統(tǒng)的鏡面安裝在鏡面固定裝置(F)上；所述被試電器的運動部分(B)位于所述被試電器(A)上；所述第一被測面(BI)和第二被測面(B2)分別位于被試電器的運動部分(B)的前端兩側(cè)；所述高速攝像機(C)的鏡頭用于接收光學成像系統(tǒng)的鏡面反射的被試電器的運動部分被測面的圖像；所述計算機系統(tǒng)(D)的信號輸出端與被試電器(A)的控制端連接；所述計算機系統(tǒng)(D)還與高速攝像機(C)相連接；所述燈光照明系統(tǒng)(N)用于為被試電器的運動部分被測面提供光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，其特征在于:所述光學成像系統(tǒng)的鏡面包括第一鏡面(Jl)和第二鏡面(J2);所述第一鏡面(Jl)與第二鏡面(J2)之間的夾角E小于180° ;所述第一被測面(BI)和第二被測面(B2)分別與第一鏡面(Jl)和第二鏡面(J2)相對擺放。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，其特征在于:所述第一鏡面(Jl)和第二鏡面(J2)面對高速攝像機(C)的鏡頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，其特征在于:所述被試電器(A)置于第一鏡面(J1)、第二鏡面(J2)和高速攝像機(C)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，其特征在于:所述高速攝像機(C)置于第一鏡面(J1)、第二鏡面(J2)和被試電器(A)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，其特征在于:所述光學成像系統(tǒng)的鏡面包括第一鏡面(Jl);所述第一被測面(BI)面對第一鏡面(Jl);所述第二被測面(B2)面對高速攝像機(C)的鏡頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試裝置，其特征在于:所述第一鏡面(J1)、被試電器運動部分(B)和高速攝像機(C)三者呈三角形分布。
8.一種基于權(quán)利要求1所述的基于單相機的電器三維動態(tài)特性測試方法，其特征在于:按照以下步驟進行， 501:在第一被測面和第二被測面上分別設置一個標記點； 502:任意確定一條水平基準線,將被試電器固定在被試電器固定裝置上,調(diào)整第一鏡面和第二鏡面的角度以及高速攝像機的距離和焦距，并確保高速攝像機的光軸垂直于水平基準線，調(diào)節(jié)燈光照明系統(tǒng)并結(jié)合高速攝像機的光圈，使得被試電器的運動部分上的第一被測面和第二被測面的標記點通過鏡面反射后，在高速攝像機圖像平面上同時清晰成像； S03:通過對光源、高速攝像機及圖像采集軟件的調(diào)校，使計算機界面上顯示的圖像只剩標記點和拍攝時間信息，去除了噪聲，減小了后期圖像處理的難度；并利用高速攝像機拍攝物體運動過程標記點圖像； S04:利用圖像處理軟件對拍攝的圖像進行數(shù)據(jù)處理，得到被試電器在上下、左右和前后的位移-時間曲線，即三維運動曲線。
【文檔編號】G01C11/00GK103791891SQ201410082631
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】劉向軍 申請人:福州大學