[发明专利]大范围表面流场图像测试系统自动标定装置及方法

说明书

本发明公开了一种大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，包括两组激光器和配套旋转装置，激光器间隔一定距离分别安装于旋转盘上，且激光中心处于同一平面，调节激光器角度使两束激光完全重合，记录旋转盘位置和角度。分别旋转两束激光，使两束激光在摄像机拍摄范围内相交，摄像机采集交点图像，然后再次旋转激光、采集交点图像。由于旋转角度和两组激光器距离已知，利用三角函数获取激光交点坐标，从而计算出两个交点的实际距离；经图像处理获取激光交点在图像中的坐标，计算得到两个交点的图像距离,实际距离与图像距离对应，即可完成系统标定。该方法实现了图像测试系统单位像素与实际距离之间的自动转换，提高了图像测速系统精度。

技术领域

本发明涉及大范围表面流场图像测试系统自动标定装置及方法，属于流速测量领域。

背景技术

大范围表面流场图像测试系统广泛应用于实验室河工模型或原型河流表面流速测量。其原理是：在水流表面散播跟随性能好的示踪粒子，跟随水流运动，利用CCD摄像头记录一定时间间隔的流场图像，经图像处理提取示踪粒子像，在相邻两幅流场图像中进行粒子匹配，找到t₁时刻示踪粒子经过Δt时间后在t₂时刻的图像，计算出Δt时间内粒子位移L，从而求得示踪粒子的速度，即是对应水流点的速度v：v＝L/Δt，从图像上提取位移L的单位为像素，为获取实际流速大小，需要将建立像素与实际尺度之间的关系，该过程称为标定，a＝l/N，α为单位像素对应的实际尺寸，l、N分别为水流表面实际长度与图像上对应的像素数。

图1为表面流场图像测试系统结构图，原型河流应用时，摄像机只能架设在岸滩上，为获取河流中心的流速，摄像机需要以一定角度倾斜布置，导致采集的图像不同区域存在不同的变形。因此，迫切需要一种自动标定装置，本发明通过追踪两束激光的交叉点，运用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适于大范围表面流场图像测试系统的自动标定装置及方法，通过追踪两束激光的交叉点，运用几何关系建立图像像素与实际尺度转换关系，实现自动标定。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种大范围表面流场图像测试系统自动标定装置，包括第一旋转托盘、第二旋转托盘、第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置位于第一旋转托盘上，第二激光发射装置位于第二旋转托盘上，在河岸上安装有摄像机。

作为优选，所述第一旋转托盘位于第一升降架上，所述第二旋转托盘位于第二升降架上，第一升降架和第二升降架安装于河边，下降最低位置为河流最低水位。

一种适于大范围表面流场图像测试系统自动标定装置的方法，包括以下步骤：

(1)将第一激光发射装置和第二激光发射装置发射的第一激光和第二激光调整到同一平面；

(2)调整第一旋转托盘和第二旋转托盘，使第一激光和第二激光两束光重合,第一激光和第二激光中心点之间的距离为A，以第一激光中心为原点，与第二激光中心连线为X轴，根据右手定则建立原型坐标系；

(3)第一旋转托盘转动角度为a₁₁，第二旋转托盘转动角度为a₂₁，摄像机拍摄激光图像M1，两束激光交点P1在图像坐标系上的坐标为(x_M1,y_M1)，在原型坐标系上的坐标为(x₁,y₁)，则有：

y₁＝A/(cot a₁₁+cot a₂₁)

x₁＝y₁cot a₁₁；