專利名稱：實時攝像測量系統及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及了一種實時攝像測量系統及其應用，特別是涉及了一種測量水流速模型或船模的實時攝像測量系統，它被應用到測量大范圍的恒定流或非恒定流的流速場和測量航行中船模。
背景技術：
現有的河工、港工和水工模型試驗中，對水流速度的測量方法大致有三類一是采用浮標示蹤人工計時或拍照后方向處理，這一方法費時費力且精度不高，只適于單點流速的近似測量。
二是采用水槽試驗的常用儀器。如旋槳流速儀，相對于浮標示蹤人工計時方法，其測量精度有所提高，但只適于單點流速測量，測量的最小流速大于2.0cm/s；此外，當泥沙含量較高時，旋槳流速儀的精度降低，甚至難以使用。
三是應用顆粒示蹤與圖像處理技術(王興奎等發明的專利公開號為CN1289037A的大范圍表面流速場的圖像處理系統及其同步實時測量方法)。如圖2所示，該專利技術采用CCD攝像機攝取信號，并將攝像機分別與視頻信號同步器和設置在計算機上的圖像采集卡相連，一組攝像機組成一個相對獨立的子系統，將全部攝像機用視頻信號同步器連接，實現外同步，各子系統的計算機連成局域網通過網絡進行協同操作，實現內同步，得出流場的圖像。但是它的每個子系統中的每個攝像機不能同步進行拍攝，它是在采集第一號攝像機的圖像后，再采集第二號攝像機的圖像，依次類推，雖然其間隔時間只有0.03-0.04秒，但是對于大范圍的恒定流或非恒定流的流速場，特別是對于非恒定流的流速場來說，其誤差的積累會導致圖像的不準確，而該專利技術采用局域網來實現圖中的1號攝像機和7號攝像機的同步，雖然這樣解決了同步問題，但是在該專利技術中，一個子系統就需要使用了一個同步器和一個計算機，并且在每個子系統間采用局域網實現它的內同步，它們的同步是借助于局域網來實現的，這樣不僅設備復雜、錯誤率高、成本高，而且增加了網絡維護的費用。
發明的內容本發明的發明目的是克服上所述缺陷，而提供一種實時攝像測量系統及其應用，它設備簡單、維護方便。
為了完成本發明的發明目的，本發明的一種實時攝像測量系統包括一組或多組CCD攝像機、分別與每個CCD攝像機相連的圖像采集卡和與圖像采集卡相連的一臺計算機，其中所述圖像采集卡包括至少二個或二個以上的數據采集卡和一個數據控制卡，所述每組CCD攝像機包括至少二個或二個以上的攝像機，每組CCD攝像機中的每一個CCD攝像機分別與每個數據采集卡輸入端相應組號的一路相連，每個數據采集卡的輸出端與數據控制卡輸入端相連，數據控制卡的輸出端與計算機的輸入端相連，每組CCD攝像機的最大個數與數據采集卡的個數相等，CCD攝像機的組數與每個數據采集卡的路數相等。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述多組CCD攝像機為2-30組CCD攝像機。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述每組CCD攝像機為2-30個CCD攝像機。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是相同的。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是不相同的。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中用該系統測量大范圍的恒定流或非恒定流的流速場，其中所述的CCD攝像機為多組攝像機，將每組CCD攝像機的每個CCD攝像機分別放置在大范圍的恒定流或非恒定流場不同部位，對流場中的示蹤粒子進行監控，得出大范圍的恒定流或非恒定流場不同部位在同一時刻和不同時刻的流速場。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中用該系統測量航行中船模，其中所述的CCD攝像機為一組攝像機，將每個CCD攝像機分別放置在船模航線的不同部分，對船模上的示蹤體進行監控，得出航模不同部位在同一時刻和不同時刻的運動圖像。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述的航模上的示蹤體放置在船模的船體前、后，每個CCD攝像機分別放置在船模行經航線的上方并且對應著航模上的示蹤體，對船模上的示蹤體進行監控，得出航模不同部位在同一時刻和不同時刻的行進過程中船體運動圖像。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述的航模上的示蹤體放置在船模的前或后、上或下和左或右，每個CCD攝像機分別對應著航模上的示蹤體放置，對船模上的示蹤體進行監控，得出航模不同部位在同一時刻和不同時刻的船體搖動和搖擺的圖像。
本發明的一種實時攝像測量系統，其中所述的航模上的示蹤體放置在船模的前、后、上、下、左和右，每個CCD攝像機分別對應著航模上的示蹤體放置，對船模上的示蹤體進行監控，得出航模不同部位在同一時刻和不同時刻的船體搖動和搖擺的圖像。
本發明的實時攝像測量系統與現有的實時攝像測量系統相比，該系統(16個攝像終端，4組攝像機，每組4個攝像機)完成一次采樣的時間小于15秒，同步性小于0.12秒，可以實時監測與定位，可執行單路、多路采樣和自動周期采樣并且本系統的適應性強，具體解釋如下(1)系統(16個攝像終端，4組攝像機，每組4個攝像機)完成一次采樣的時間小于15秒本系統的處理速度快，且兼容性好。它可以在Windows95到XP的任何版本下運行，與操作平臺下的大多數軟件都沒有沖突。在Pentium IV 2.6G的PC兼容機上，系統15秒內完成一次完整采樣，不需要再次回放分析，真正高效實時地完成采集分析的任務。
(2)同步性小于O.12秒因為采用一個數據控制卡通過系統控制多個數據采集卡，實現數據多通路實時同步采集，每組攝像機實現完全同步采集，組與組之間的攝像機采集數據的同步性小于0.12秒。
(3)實時監測與定位在播放模式下，本系統可以全方位實時顯示流場或船模的動態情況，實驗人員不需要親臨現場就能夠隨時了解實驗現場發生的任何情況。另外，根據本系統屏幕上提供的坐標值，用戶還可以很容易的定位模型上實驗區域內的任何一點對應于原型的地理位置。
(4)執行單路、多路采樣和自動周期采樣本系統可執行單路和可選多路采樣，即通過系統界面選擇1組或多組1-30個鏡頭對某指定區域進行采樣，即根據非恒定流或非恒定流速場實驗的周期選擇多組，每組多個攝像機的系統進行采樣，而根據船模實驗的周期選擇一組，每組多個攝像機的系統進行采樣，最終實現采樣結果的實時動態顯示。
(5)系統的適應性強根據測量的不同需求，通過適當地選擇攝像機的組數和每組攝像機的個數，本系統可適應于非恒定流或非恒定流速場，也可適應于船模航行測量或船體振搖測量。
圖1是本發明的實時攝像測量系統的結構示意圖；
圖2是現有技術中的大范圍表面流速場的圖像處理系統的結構示意圖；圖3(a)是本發明的實時攝像測量系統用于測量流速場的示意圖；圖3(b)是圖3(a)所示的流速場中時間與通道關系的坐標圖；圖4(a)是現有技術的測量系統用于測量流速場的示意圖；圖4(b)是圖4(a)所示的流速場中時間與通道關系的坐標圖；圖5是本發明的實時攝像測量系統用于測量船模航行的示意圖；圖6是本發明的實時攝像測量系統用于測量船體振搖的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明的實時攝像測量系統包括一組或多組CCD攝像機11，12......1n，21......2n......m......mn、分別與每個CCD攝像機相連的圖像采集卡101和與圖像采集卡101相連的一臺計算機103，圖像采集卡101包括至少二個或二個以上的數據采集卡1，2，3......n和一個數據控制卡102，每組CCD攝像機包括至少二個或二個以上的攝像機，每組CCD攝像機中的每一個CCD攝像機分別與每個數據采集卡1，2，3......n輸入端相應組號的一路相連，例如第一組第一個攝像機11與第一數據采集卡1的第一路相連，第一組第二個攝像機12與第二數據采集卡2的第一路相連，第二組第三個攝像機23與第三個數據采集卡3的第二路相連，即攝像機在每組中的個數對應著第幾數據采集卡，攝像機的組號中對應數據采集卡的第幾路，每個數據采集卡1，2，3......n的輸出端與數據控制卡102輸入端相連，數據控制卡102的輸出端與計算機的輸入端相連，每組CCD攝像機的最大個數與數據采集卡1，2，3......n的個數相等，例如每組攝像機的最大個數為9，那么，就應該有9個數據采集卡，CCD攝像機的組數與每個數據采集卡1，2，3......n的路數相等，例如系統有四組，那么每個數據采集卡的路數應該為四路。
根據實際需要，多組CCD攝像機可為2-30組CCD攝像機，每組CCD攝像機為2-30個CCD攝像機，每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數可以是相同的，也可以是不相同的。
測量方法(1)根據測量的對象不同，選擇攝像機的組數和每組攝像機的個數；(2)將每組攝像機的每個攝像機，根據測量對象的不同要求分別放置在測量對象的不同部位，(3)將示蹤粒子或示蹤體放入所選擇的測量對象中；
(4)用攝像機獲取示蹤粒子或示蹤體軌跡的圖像，通過視頻線傳輸到不同的數據采集卡和一個數據控制卡中，數據控制卡將數據通過視頻線傳輸到計算機中，計算機控制每個數據采集卡，使每個數據采集卡的同一路間保持完全同步。
(5)圖像采集完畢后，系統依次對同一時刻或不同時刻的圖像序列進行計算，得出測量對象在同一時刻或不同時刻的圖像，同時將結果數據存于硬盤。
算法實施例1圖3(a)是本發明的實時攝像測量系統用于流速場的示意圖；為了簡便起見，該圖只畫出了一組攝像機并且省去了實時攝像測量系統，用該系統測量大范圍的恒定流或非恒定流的流速場，根據模型的大小選擇攝像機的組數，該實例的CCD攝像由為四組攝像機組成，每組選擇四個攝像機，將每組CCD攝像機的每個CCD攝像機分別放置在大范圍的恒定流或非恒定流場106不同部位，對流場106中的示蹤粒子107進行監控，按照上述的測量方法，得出大范圍的恒定流或非恒定流場106不同部位同一時刻和不同時刻的流速場。
從圖3(b)中可以看出，使用本發明的實時攝像測量系統來測量大范圍的恒定流或非恒定流的流速場可以得出不同部位在同一時刻和不同時刻的流速場；圖4(b)是圖4(a)所示的流速場(即圖2所示的圖像處理系統)中時間與通道關系的坐標圖，使用圖2中的一個子系統不能得出不同部位在同一時刻的流速場，只能得出不同部位在接近于同一時刻的流速場，若使用幾個子系統連網的方式，可以得出不同部位在同一時刻的流速場，但是要測定同一時刻的幾個不同位置，就要相應地有幾個同步器和幾個計算機，并且同時具有一個局域網，這樣不僅設備復雜、錯誤率高、成本高，而且增加了網絡維護的費用。
實施例2圖5是本發明的實時攝像測量系統用于船模航行測量的示意圖；用該系統測量航行中船模104，CCD攝像機由一組兩個攝像機組成，將航模104上的示蹤體105放置在船模104的船體前、后，攝像機分別放置在船模104行經航線的上方的前、后并且對應著航模上的示蹤體105，對船模104上的示蹤體105進行監控，得出航模104不同部位在同一時刻和不同時刻的行進過程中船體運動圖像。
實施例3圖6是本發明的實時攝像測量系統用于船體振搖測量的示意圖；用該系統測量航行中船模104，航模104上的示蹤體105放置在船模104的前或后、上或下和左或右三個位置上(圖6只畫出了其中的一個)，所述的CCD攝像機由一組三個攝像機組成，每個CCD攝像機分別對應著航模104上的示蹤體105放置，對船模104上的示蹤體105進行監控，得出航模104不同部位在同一時刻和不同時刻的船體搖動和搖擺的圖像。
在該實例中，航模104上的示蹤體105也可放置在船模的前、后、上、下、左、右六個位置上，所述的CCD攝像機由一組六個攝像機組成，每個CCD攝像機分別對應著航模104上的示蹤體105放置，對船模104上的示蹤體105進行監控，得出航模不同部位在同一時刻和不同時刻的船體搖動和搖擺的圖像。
以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發明的精神的情況下，本發明可以作任何形式的修改。
權利要求
1.一種實時攝像測量系統，它包括一組或多組CCD攝像機、分別與每個CCD攝像機相連的圖像采集卡(101)和與圖像采集卡(101)相連的一臺計算機(103)，其特征在于所述圖像采集卡(101)包括至少二個或二個以上的數據采集卡(1，2，3……n)和一個數據控制卡(102)，所述每組CCD攝像機包括至少二個或二個以上的攝像機，每組CCD攝像機中的每一個CCD攝像機分別與每個數據采集卡(1，2，3……n)輸入端相應組號的一路相連，每個數據采集卡(1，2，3……n)的輸出端與數據控制卡(102)輸入端相連，數據控制卡(102)的輸出端與計算機的輸入端相連，每組CCD攝像機的最大個數與數據采集卡(1，2，3……n)的個數相等，CCD攝像機的組數與每個數據采集卡(1，2，3……n)的路數相等。
2.如權利要求1所述一種實時攝像測量系統，其特征在于所述多組CCD攝像機為2-30組CCD攝像機。
3.如權利要求2所述一種實時攝像測量系統，其特征在于所述每組CCD攝像機為2-30個CCD攝像機。
4.如權利要求3所述一種實時攝像測量系統，其特征在于所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是相同的。
5.如權利要求3所述一種實時攝像測量系統，其特征在于所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是不相同的。
6.如權利要求5所述一種實時攝像測量系統的應用，其特征在于用該系統測量大范圍的恒定流或非恒定流的流速場，其中所述的CCD攝像機為多組攝像機，將每組CCD攝像機的每個CCD攝像機分別放置在大范圍的恒定流或非恒定流場(106)不同部位，對流場(106)中的示蹤粒子(107)進行監控，得出大范圍的恒定流或非恒定流場(106)不同部位在同一時刻和不同時刻的流速場。
7.如權利要求5所述一種實時攝像測量系統的應用，其特征在于用該系統測量航行中船模(104)，其中所述的CCD攝像機為一組攝像機，將每個CCD攝像機分別放置在船模(104)航線的不同部分，對船模(104)上的示蹤體(105)進行監控，得出航模(104)不同部分在同一時刻和不同時刻的運動圖像。
8.如權利要求7所述一種實時攝像測量系統的應用，其特征在于所述的航模(104)上的示蹤體(105)放置在船模(104)的船體前、后，每個CCD攝像機分別放置在船模(104)行經航線的上方并且對應著航模(104)上的示蹤體(105)，對船模(104)上的示蹤體(105)進行監控，得出航模(104)不同部分在同一時刻和不同時刻的行進過程中船體運動圖像。
9.如權利要求7所述一種實時攝像測量系統的應用，其特征在于所述的航模(104)上的示蹤體(105)放置在船模(104)的前或后、上或下和左或右，每個CCD攝像機分別對應著航模(104)上的示蹤體(105)放置，對船模(104)上的示蹤體(105)進行監控，得出航模(104)不同部位在同一時刻和不同時刻的船體搖動和搖擺的圖像。
10.如權利要求7所述一種實時攝像測量系統的應用，其特征在于所述的航模(104)上的示蹤體(105)放置在船模(104)的前、后、上、下、左和右，每個CCD攝像機對應著航模(104)上的示蹤體(105)放置，對船模(104)上的示蹤體(105)進行監控，得出航模(104)不同部位同一時刻和不同時刻的船體搖動和搖擺的圖像。
全文摘要
本發明涉及實時攝像測量系統及其應用，該系統包括一組或多組CCD攝像機、分別與每個CCD攝像機相連的圖像采集卡和與圖像采集卡相連的一臺計算機，所述圖像采集卡包括至少二個或二個以上的數據采集卡和一個數據控制卡，所述每組CCD攝像機包括至少二個或二個以上的攝像機，每組CCD攝像機中的每一個CCD攝像機分別與每個數據采集卡輸入端相應組號的一路相連，每個數據采集卡的輸出端與數據控制卡輸入端相連，數據控制卡的輸出端與計算機的輸入端相連，每組CCD攝像機的最大個數與數據采集卡的個數相等，CCD攝像機的組數與每個數據采集卡的路數相等，該系統被應用到測量大范圍的恒定流或非恒定流的流速場和測量航行中船模。
文檔編號G01C11/00GK1687704SQ20051007329
公開日2005年10月26日 申請日期2005年6月6日 優先權日2005年6月6日
發明者曲兆松 申請人:曲兆松