[0001] 本实用新型涉及视频测量技术领域，具体地说涉及一种视频测量物体运动姿态的系统。

[0002] 运动姿态视频测量技术是用机器代替人眼来做测量和判断，但高速运动的物体由于速度快，人眼或者普通工业相机很难捕捉到运动物体的细节，因此需要可以高速成像的图像采集技术在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，以使所记录目标的变化过程清晰、缓慢地呈现在我们眼前。

[0003] 目前，飞行器模型视频测量技术中的标记点图像识别、亚像素定位与匹配等功能均是在飞行器模型试验后用兼容计算机对图像数据进行后处理，其无法在试验完成后的5‑10分钟内提供结果数据，存在着处理速度慢的技术问题。另外，在对连续式飞行器模型进行变形测量试验时，单台工业相机在一个温度阶梯的图像数据就高达约280GB，如果仍然使用上述常规方法进行图像数据处理，则至少需要数天时间，将严重影响飞行器模型试验效率。

[0004] 随着近年来GPU处理速度的提升，使得利用GPU作为处理器对工业相机采集的试验图像序列实时处理，快速提取图像中标记点的坐标、特征数据和保存实时压缩图像成为可能。因此，如何结合当前并行图像处理硬件的成本与能力，将现有的标记点图像识别、亚像素定位与匹配技术硬件化，研发一种能够满足高速海量图像的实时存储、标记点识别及亚像素定位与匹配等功能的运动姿态视频测量技术成为了必然趋势。

[0005] 另外，现有技术中也有基于双目立体视觉原理的视频测量技术，如专利公告号为CN103727927B的现有技术在2015年10月14日所公开的一种基于结构光的高速运动物体位姿测量方法，但该技术并未考虑工业相机在进行图像采集时的同步性，因而不仅影响了图像的采集精度，更大大影响了后期图像处理计算的精准度。实用新型内容

[0006] 本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种视频测量物体运动姿态的系统，本实用新型一方面能够基于GPU对采集的海量图像进行高速而有效的处理，以达到提高图像处理效率的目的；另一方面能够使工业相机同步采集图像，以达到提升前期采集精度以及提升后期处理计算精准度的目的。

[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

[0008] 一种视频测量物体运动姿态的系统，其特征在于：包括主机、同步控制器、两套转动机构和两台工业相机；其中，

[0009] 所述同步控制器包括FPGA处理器、同步触发模块、RS485外部电路、触发信号连接器和控制信号连接器，FPGA处理器、同步触发模块和RS485外部电路均集成PCB电路板上，同步触发模块分别与FPGA处理器和触发信号连接器连接，RS485外部电路分别与FPGA处理器和控制信号连接器连接；

[0010] 所述主机包括显示屏和两套分别与工业相机相对应的处理单元，每套处理单元包括主控制板、GPU处理器、图像采集卡和电源，主控制板分别与GPU处理器、图像采集卡和电源连接，两套处理单元中的主控制板相互连接，其中一块主控制板分别与显示屏和FPGA处理器连接；

[0011] 所述转动机构与控制信号连接器相连，用于调节工业相机的方位角；

[0012] 所述工业相机包括与图像采集卡相连的采集端和与触发信号连接器相连的触发端；所述同步控制器通过同步触发模块控制工业相机同时采集图像。

[0013] 所述触发信号连接器的数量与工业相机的数量相对应，同步触发模块分别通过触发信号连接器与工业相机连接。

[0014] 所述RS485外部电路和控制信号连接器的数量均为多个，各RS485外部电路分别通过控制信号连接器与转动机构连接。

[0015] 所述的处理单元还包括集成在PCB电路板上的存储卡，所述存储卡与主控制板连接用于存储图像和数据。

[0016] 采用本实用新型的优点在于：

[0017] 1、本实用新型包括主机、同步控制器、两套转动机构和两台工业相机，其中，通过主机中的GPU处理器能够对采集的海量图像进行高速而有效的处理，能够在试验完成后的5‑10分钟内提供结果数据，有利于提高图像的处理效率。而通过同步控制器中的同步触发模块和触发信号连接器配合，则有利于提升前期图像的采集精度以及提升后期处理计算的精准度。将上述系统应用于实际视频测量中，能够快速而高效地满足海量图像的实时存储、标记点识别及亚像素定位与匹配等功能。

[0018] 2、本实用新型通过RS485外部电路和控制信号连接器配合，还能够实现转动机构的远程自动控制，提高了系统的智能化程度，操作更加方便。

[0019] 3、本实用新型在实际使用时具有体积小巧、便于携带等优点。

[0021] 本实用新型公开了一种视频测量物体运动姿态的系统，如图1所示，其包括主机、同步控制器、两套转动机构和两台工业相机；其中，各组成的结构、位置及连接关系分别如下：

[0022] 所述同步控制器包括FPGA处理器、同步触发模块、RS485外部电路、触发信号连接器和控制信号连接器，FPGA处理器、同步触发模块和RS485外部电路均集成PCB电路板上，同步触发模块分别与FPGA处理器和触发信号连接器连接，RS485外部电路分别与FPGA处理器和控制信号连接器连接。FPGA处理器的规格型号可为XC6SLX9‑3TQG144C，同步触发模块可通过LM211DT和74HC14D搭建电路实现，触发信号连接器的规格型号可为M12‑4，控制信号连接器的规格型号可为M12‑5。

[0023] 所述主机包括显示屏和两套分别与工业相机相对应的处理单元，每套处理单元包括主控制板、GPU处理器、图像采集卡和电源，主控制板分别与GPU处理器、图像采集卡和电源连接，两套处理单元中的主控制板相互连接，其中一块主控制板分别与显示屏和FPGA处理器连接。主控制板的规格型号可为WS X299 SAGE/10G，GPU处理器的规格型号可为GeForce RTX 2080Ti TURBO 11G，图像采集卡的规格型号可为AS‑FBD‑4XCXP6‑2PE8，显示屏的规格型号可为17寸电容触摸屏。

[0024] 所述转动机构主要包括定位底座、电机固定轴、旋转轴承、蜗杆减速步进电机、光电编码器固定座和光电编码器，其与控制信号连接器相连，用于在主控制板和FPGA处理器的控制下带动工业相机转动，以便于准确调节工业相机的方位角，从而使工业相机快速对准被测物体。

[0025] 所述工业相机包括与图像采集卡相连的采集端和与触发信号连接器相连的触发端，所述同步控制器通过同步触发模块控制工业相机同时采集图像。其中，主控制板通过FPGA处理器和触发信号连接器控制工业相机采集图像，工业相机采集到的图像通过图像采集卡传送给主控制板处理。

[0026] 所述触发信号连接器的数量与工业相机的数量相对应，同步触发模块分别通过触发信号连接器与工业相机连接。在实际使用中，工业相机的数量可为多个，同步触发模块分别通过多个触发信号连接器能够控制工业相机同时采集图像。

[0027] 所述RS485外部电路和控制信号连接器的数量均为多个，各RS485外部电路分别通过控制信号连接器与转动机构连接。在实际使用中，若该系统还另设有其它执行机构，例如其它可转动的照明机构等，可通过另外的RS485外部电路和控制信号连接器进行控制。

[0028] 所述的处理单元还包括集成在PCB电路板上的存储卡，所述存储卡与主控制板连接用于存储图像、各种相关的数据、结果等。

[0029] 本实用新型在实际使用时，工业相机的数量和处理单元的数量优选为两套，但并不限于两套，同时可配备由主控制板通过FPGA处理器控制的照明机构。其实施原理如下：

[0030] 步骤1，将待测物7置于适当位置，将工业相机水平正对固定，调节工业相机与待测物体之间的角度位置，打开照明机构进行灯光补偿，完成对焦，保证待测物体成像的清晰度。

[0031] 步骤2，在待测物体表面粘贴能够用于图像处理软件识别的标记点，使标记点按测试需要稳固地粘贴在待测物体表面，连接各模块之间的通信控制线缆，打开照明机构，并通过主机中的图像采集软件试采集进行观察，以图像清晰，标记点能正常识别为准。

[0032] 步骤3，打开主机中的控制软件，自检系统的各模块，确定通信和控制正常。通过查询读取工业相机的工作环境参数，通过主机控制软件调节当前环境参数。

[0033] 步骤4，通过主机控制软件下发命令对工业相机与待测物体角度的精确调整，同时打开图像分析处理软件观察待测物体的图像采集成像情况，并再次对灯光、角度等参数进行微调，直到能在成像测试窗口得到清晰完整的视频图像，所有标记点正常清楚识别为止。

[0034] 步骤5，打开图像分析处理软件，选择实验类别为在线实验，设置工业相机采集参数，参数配置完成后读入实时图像，设置实验模式为提取标记点、图像高速压缩或提点并图像压缩，完成在线实验后保存数据、压缩图像并将实时分析处理后的标记点坐标显示。

[0035] 步骤6，打开图像分析处理软件，选择实验类别为离线实验，导入离线图像文件夹，选择实验图片，配置和微调实验参数，分析处理并提取标记点，将计算后的标记点坐标在显示屏上显示，完成待测物体的测量。