專利名稱：單攝像儀器自動定位圖像成像平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種為了三維重構(gòu)研究而拍攝不同角度二維圖像的單攝像儀器自動定位 裝置，尤其是自動確定單攝像儀器在半球面內(nèi)任意拍攝位置的裝置。
背景技術(shù)：
目前，為了根據(jù)目標(biāo)的二位圖像完全恢復(fù)目標(biāo)的三維模型，需要目標(biāo)已知拍攝角度的多幅 二維圖像。而拍攝環(huán)境大都是在一個以攝取目標(biāo)為球心的半球面的幾個固定位置各安裝一個 參數(shù)相同的攝像儀器。攝取圖像時，將目標(biāo)固定在球心處，半球上各固定位置的攝像儀器分 別拍攝圖像，得到目標(biāo)在不同角度的圖像。但是，這種方法得到的目標(biāo)圖像是有限的固定角 度的圖像，而不是任意拍攝角度的圖像，信息量有限，不利目標(biāo)三維重構(gòu)，而且需要多個攝 像儀器，由于攝像儀器成本高，增大了資本投入。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的三維重構(gòu)圖像拍攝時攝像儀器定位存在的攝取角度有限和投資大的不 足，本實用新型提供一種單攝像儀器自動定位圖像成像平臺，該成像平臺在拍攝目標(biāo)圖像時 不但只需要一個攝像儀器，而且能自動定位攝像儀器在半球面上任意拍攝的位背。
為達(dá)到上述目的，本實用新型所提供的單攝像儀器自動定位圖像成像平臺包括 一個工作臺、 一個帶有鋸齒的半圓軌道、三個梁、兩個步進(jìn)電機、 一個MPC07控制卡，-個配重和 --個vb控制軟件組成。各部分關(guān)系如下MPC07控制卡安裝在主:機箱內(nèi)的PC1插槽內(nèi)；外
側(cè)帶鋸齒的半圓形軌道兩端外端各有一個軸，兩端分別通過帶有軸承的固定裝置橫跨安裝在 工作臺的平行兩側(cè)；工作臺有半圓形軌道固定端的一邊外側(cè)安裝有一個電器柜，電器柜內(nèi)裝 有兩個電機的驅(qū)動、驅(qū)動與電源的接線，電器柜上側(cè)外面安裝-個功率稍大的沐進(jìn)電機，該 歩進(jìn)電機輸出軸指向工作臺內(nèi)并高出工作臺面，其輸出軸與帶鋸齒的半圓形軌道一端的軸連接，帶鋸齒的半圓形軌道的另--端軸安裝配重；半圓形軌道上安裝有一個功率較小的步進(jìn)電 杉L，改歩進(jìn)電機通過齒輪與半圓形軌道外側(cè)的鋸齒帶相嚙合；小功率的電機上同定-個與半 圓形軌道切線相垂直的梁，該梁上固定-個與其垂直的梁，第二個梁上固定-個與其垂直但 與第一梁平行的三梁，三梁上固定攝影儀器，攝影儀器的光軸指向工作臺且與三梁平行。 通過使用者對控制軟件的不同輸入，MPC07控制卡控制兩個步進(jìn)電機分別運動，功率
較大的電,動邀個半圓^UI^而^^攝像儀M垂直半圓fai0f在平面的方向上-90。 90°的 轉(zhuǎn)動；安裝在半圓形軌道上的電機通過帶動三個梁從而帶動攝像儀器在帶鋸齒的半圓形軌道 所確定平面內(nèi)-卯。 90運動。
小功率電機輸出軸通過齒輪和外側(cè)帶有鋸齒的半圓形軌道相嚙合，這是為了防止小功率 電機帶動攝像儀器沿半圓形軌道運動時由于重力作用而打滑。
同時，兩個步進(jìn)電機上都安裝了減速器，從而使電機帶動攝像儀器運行時緩慢、平穩(wěn)。
本實用新型的有益效果是通過兩個電機先后分別帶動攝像儀器在兩個半圓上轉(zhuǎn)動一定 的角度，可以自動定位單攝像儀器在半球面內(nèi)的任意攝取位置，從而獲得放置在工作臺上目 標(biāo)的上半空間任意角度的二維圖像。

圖l是本實用新型的裝置原理圖
圖2是MPC07控制卡結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是轉(zhuǎn)接板的四排端子與電源的連接以及端子之間的短接
圖4是轉(zhuǎn)接板接線圖
圖5是一軸電機接線圖
圖6是二軸電機接線圖
閣7是開關(guān)量輸入信號接線方法
圖中l(wèi).電器柜，2. 二軸電機和減速器，3.三梁，4. 二梁，5.—梁，6. -軸電機和減速 器，7.齒型帶，8.半圓形軌道，9.工作臺，10.配重具體實施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本實用新型的具體的軟和硬件實施、工作原理。 --、實用新型硬件的安裝
如圖2， MPC07控制卡的安裝
MPC07控制卡的安裝包括硬件和軟件的安裝
1)硬件的安裝
MPC07控制卡對PC機的硬件要求十分簡單能安裝Windows 98、 2000、 XP等操作系 統(tǒng)，并帶有PCI插槽的486以上機型即可，建議使用更高主頻的Pentium及以上機型以獲取 更好的性能。為了整個控制系統(tǒng)的可靠性，建議使用工控PC機。
MPC07卡基于PCI總線，因此卡上無需進(jìn)行跳線設(shè)置。為了保證安全，插卡時應(yīng)按照下 列歩驟操作
① 關(guān)PC機，并切斷電源；
② 打開PC機箱，選擇未用的PCI擴展槽，并插入MPC07控制卡；
③ 固定MPC07控制卡，并蓋好PC機；
④ 連接MPC07與電機驅(qū)動器等；
⑤ 接上電源，并啟動PC機。
注意在選用普通PC機時為避免產(chǎn)生潛在的資源沖突從而導(dǎo)致控制卡驅(qū)動程序無法正 常加載，建議盡量不要選用集成了聲卡、顯卡、網(wǎng)卡等多種設(shè)備的集成主板。
2)軟件的安裝
在Windows98、 2000、 XP平臺下，由于操作系統(tǒng)支持即插即用，當(dāng)卡正確插入PCI插 槽，操作系統(tǒng)啟動后將會自動檢測到PCIcard,此時可按照以下步驟完成驅(qū)動程序、函數(shù)庫 以及示例程序的安裝。其安裝過程可以參考《MPC07控制卡操作手冊》。
如圖3，所示的1-1-0符號為端子號，第一位數(shù)字表示為第幾排端子，，第二位數(shù)表示 該排第兒列端子，第三位數(shù)字即表示該列端子的順序號，上面的端子用O編號，下面的端子 用1編號。示例即表示為第一排端子的第一列的0號端子；如果端子號的前兩位數(shù)字相同， 說明其是導(dǎo)通的。如端子號分別為1-1-0和1-1-1就是導(dǎo)通的；接線完畢后，請對照說明書 進(jìn)行檢査，以免有接線錯誤。 如圖4，驅(qū)動器與電機的連接
本實用新型使用了兩個歩進(jìn)電機和兩個驅(qū)動'器。 一軸的電機的型號是DM5654A，驅(qū)動器 的型號為DMD403， 二軸采用的電機的型號是DM86130A，驅(qū)動器的型號為DMD808，此 電機與驅(qū)動器采用串聯(lián)接法。
如圖4，驅(qū)動器與電源的連接，兩個驅(qū)動器都與24V電源相連接，24V+接DC+， 24-接 DC-。
如圖4，接近開關(guān)和行程開關(guān)的接法，MPC07卡的開關(guān)量輸入信號(限位、減速、原點、 外部報警和通用輸入)，可以是觸點型開關(guān)，也可以是NPN輸出的傳感器接近開關(guān)等。
如圖5，一軸電機與其驅(qū)動器接線，A+ (黑)，A-(綠)，B+ (紅)，B-(藍(lán))。
如圖6, 二軸電機與其驅(qū)動器接線，A+ (黑)，A-(橙)，B+ (紅)，B-(黃)，黑白與橙 白短接，紅白與黃白短接。 二、設(shè)備硬件的調(diào)試
在調(diào)試此設(shè)備的運行的過程中，需要注意以下事項1)在安裝MPC07控制卡時如果遇到如下問題請參考《MPC07控制卡操作手冊》 Windows起動后未出現(xiàn)檢測到PCI Card的信息；
② 出現(xiàn)了檢測到PCI Card的信息，但無法正確加載驅(qū)動程序
③ 驅(qū)動程序安裝正確，但無法正常發(fā)脈沖
2) 開始運行前首先檢査設(shè)備是否在原點位置，程序有顯示"一軸原點狀態(tài)，二軸原點 狀態(tài)"當(dāng)顯示為l時說明其在原點，顯示為O時不在原點。如果不在，可先進(jìn)行回原 點運動進(jìn)行歸位；
3) 歸位后根據(jù)運動平穩(wěn)的需要，先運行二軸使其達(dá)到一個正的角度，可以設(shè)定為15° , 然后運行一軸使鏡頭到達(dá)合適的角度。然后再次運行二軸到達(dá)所要求的位置。也就是 說在調(diào)整一軸的位置時，需要先需要調(diào)整二軸轉(zhuǎn)動一個正的角度，經(jīng)過多次實驗大約 15°比較合適；
4) 如果一軸的齒輪在同歩帶上的運行過程中有丟步的現(xiàn)象可以調(diào)整半圓形軌道上的金 屬塊使其稍微向上移，然后再調(diào)試運行
5) 使用完設(shè)備后注意進(jìn)行歸位進(jìn)行回原點運動，根據(jù)運動的情況分別進(jìn)行正向回原點 或負(fù)向回原點。并關(guān)閉空氣開關(guān)切斷電源，以保證安全；
三、設(shè)備軟件的使用
本設(shè)備提供一個基本的VB程序供用戶調(diào)試使用，此程序包括了回原點控制，一軸和 二軸的運動控制及參數(shù)的設(shè)定。如果用戶還需要一個實現(xiàn)其他運動控制，可在本程序的基礎(chǔ) 上添加其他控制功能，關(guān)于MPC07控制卡的函數(shù)的使用可以參考《MPC07控制卡操作手冊》。 本章詳細(xì)地描述了 MPC07運動庫中的每一個函數(shù)。包括如下函數(shù)
1) 控制卡和軸設(shè)置函數(shù)；
2) 運動指令函數(shù)(包括獨立運動函數(shù)和插補運動函數(shù))
獨立運動函數(shù)包括點位運動函數(shù)；連續(xù)運動函數(shù)；回原點函數(shù)。
插補運動函數(shù)包括常矢量速度、梯形矢量速度等設(shè)置和讀取函數(shù)；線性插補函數(shù)
3) 制動函數(shù)；
4) 位置和狀態(tài)設(shè)置函數(shù)；
5) 位置和狀態(tài)査詢函數(shù)；
6) I/O 口操作函數(shù)；
7) 其它函數(shù)。
其中，在函數(shù)庫中使用的單位和函數(shù)返回值約定通常如下 單位 1〉位移(或距離)的單位為F (Fulse)，即脈沖數(shù) 2) 速度的單位是PPS (Pulse/sec)，即脈沖/秒； 3) 加速度和減速度的單位是PPSS (Pulse/sec2),即脈沖/秒2。 函數(shù)返回值 運動庫中的大多數(shù)函數(shù)是整型函數(shù)，它們的返回意義如下 0 函數(shù)執(zhí)行正確； -1 函數(shù)執(zhí)行錯誤。 注意本設(shè)備提供的VB程序只需輸入所需要運行到某個位置的角度值。本程序已經(jīng)實 現(xiàn)了脈沖數(shù)與角度的轉(zhuǎn)化。 四、設(shè)備軟件的調(diào)試 1) 按照本設(shè)備的要求進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)遇到如下問題時可以參考《MPC07控制卡操作手冊》。 ① 運行EXE文件時系統(tǒng)顯示找不到DLL文件； ② 如何將開發(fā)的軟件系統(tǒng)制作成安裝程序后發(fā)行給最終用戶； ③ 軟件能夠正常啟動，但無法產(chǎn)生運動； ④ 如何升級函數(shù)庫； ⑤ 多卡共用問題。 2) 運行本設(shè)備提供的VB程序應(yīng)注意以下幾點 ① 當(dāng)開機后，檢測兩軸是否在原點位置，如果兩軸不在原點位置，則需要點擊常速運 動按鈕，使其達(dá)到原點位置，并進(jìn)行清零命令。 ② 測試過程中，若測試完一個物體，再測另一個物體時，需要進(jìn)行回原點運動，此時 根據(jù)其位置而選擇正向回原點或者負(fù)向回原點命令。 ③ 使用完設(shè)備后注意進(jìn)行歸位進(jìn)行回原點運動，根據(jù)運動的情況分別進(jìn)行正向回原點 或負(fù)向回原點， 一軸回原點時二軸一般要位于15°的位置，然后在把二軸進(jìn)行回原 點運動。 ④ 回原點后一'軸和二軸顯示的位置并不為0，并且實際位置也不在接近開關(guān)的原點。 這時點擊各自的清零按鈕，會有一個補償運動，以使一軸和二軸回到實際的接近開 關(guān)的中間位置，并且一軸和二軸顯示的位置為0。
⑤當(dāng)關(guān)閉應(yīng)用程序界面窗口時，如果有任何一軸沒有回原點會提示用戶進(jìn)行回原點運 動。
五、操作步驟
1) 將攝像儀器固定在梁三上，光軸與梁一平行且豎直向下，在攝像儀器的正下方放置要 攝取的目標(biāo)；
2) 在VB程序中選定二軸電機控制，輸入想要帶鋸齒的半圓軌道帶動攝像儀器繞直徑旋 轉(zhuǎn)的角度；
3) 在VB程序中選定一軸電機控制，輸入想要以軸電機帶動攝像儀器沿帶鋸齒的半圓形 軌道旋轉(zhuǎn)的角度；
4) 測量此時攝像儀中心相對于攝取目標(biāo)為原點的地面坐標(biāo)的三維坐標(biāo)；
5) 根據(jù)以Y軸為主軸的伊-w-K轉(zhuǎn)角原理系統(tǒng)可以得到獲取的二維圖像上的任意點在
以攝取目標(biāo)為原點的地面坐標(biāo)的三維坐標(biāo).
權(quán)利要求1、一種單攝像儀器自動定位圖像成像平臺包括工作臺、一個半圓形圓弧軌道、至少兩個支撐梁、一個攝像儀器、兩個步進(jìn)電機及電機控制卡組成，其特征是所述半圓形圓弧軌道兩端安裝于所述工作臺兩側(cè)，且一端與所述步進(jìn)電機中的一個相連，由電機驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)；所述支撐梁與半圓形圓弧軌道相連，由所述步進(jìn)電機中的另一個驅(qū)動，沿圓弧軌道運動；所述攝像儀器連接在所述支撐梁上，與支撐梁一起運動；所述的兩個步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)軸在空間結(jié)構(gòu)上總是保持垂直；所述電機控制卡控制所述電機轉(zhuǎn)動。
專利摘要一種單攝像儀器自動定位圖像成像平臺。它包括一臺可存取拍攝圖像的攝像儀器和一個可放置拍攝目標(biāo)的工作臺(9)，通過電機控制卡控制電機(2)，帶動固定在三梁(3)上的攝像儀器跟隨半圓形軌道(8)旋轉(zhuǎn)一定角度，再控制電機(6)，帶動固定在三梁(3)上的攝像儀器沿著半圓形軌道(8)轉(zhuǎn)動指定角度，通過兩次旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)攝像儀器在半球面上的任意拍攝角度，獲得目標(biāo)任意角度的二維圖像。
文檔編號H04N5/225GK201178453SQ200720001169
公開日2009年1月7日 申請日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者付冬梅 申請人:付冬梅;劉 江