CN104634270B - 一种用于超压气球的形变检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于超压气球的形变检测装置及其方法，包括：真空罐、抛球模块、成像模块和数据处理模块；所述的形变检测装置通过在真空罐内设置抛球模块，将超压气球抛至空中，使超压气球向上运动至成像模块的视场范围内进行拍照检测，克服了利用现有的球体检测技术在检测易变形的气球时，由于受检测设备的影响而产生二次形变误差，从而降低了检测精度的技术问题；从而实现在无支撑物或固定物、以及大气等外界因素的影响下，对超压气球形变参数的高精度检测。

Description

一种用于超压气球的形变检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及精密检测技术领域，特别涉及一种用于超压气球的形变检测装置及其方法。

背景技术

针对球体形变的检测方法通常有三种：接触式、激光扫描式和普通成像式。这些方法需要将球体放置在某个支撑物或固定物上，适用于硬质、不容易产生形变的球体、或者对精度要求不高的气球的形变检测。对于易受支撑物或固定物影响而产生形变的气球，采用上述方法检测后均会引入新的误差；因此，要实现对气球自身形变的高精度检测，采用上述各检测方法均不适用。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服利用现有的球体检测技术在检测易变形的气球时，由于受检测设备的影响而产生二次形变误差，从而降低了检测精度的技术问题；本发明提供一种用于超压气球的形变检测设备及其方法，利用本发明的检测设备能够实现对超压(球内气压大于外部气压)气球自身形变的高精度检测。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于超压气球的形变检测装置。该检测装置包括真空罐、抛球模块、成像模块和数据处理模块。其中，所述的真空罐用于为置于其罐内的超压气球提供真空或低气压环境，以降低大气阻力和浮力对气球形变的影响；所述的抛球模块位于真空罐内，用于将超压气球抛至空中，使超压气球向上运动至成像模块的视场范围内；所述的成像模块用于为超压气球拍摄照片，并将成像数据传输至处理模块；所述数据处理模块用于处理从成像模块输入的成像数据后获取超压气球的轮廓图像，并计算获取超压气球的形变参数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的成像模块通过真空罐上设有的光学窗口进行拍照成像。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的成像模块采用低畸变的镜头和具有全局快门的相机进行拍照。

作为上述技术方案的进一步改进，所述成像模块中的镜头焦距f和相机感光元件最大内切圆直径d之间满足关系：

其中，D为超压气球直径，S为超压气球与镜头等效入瞳位置的间距。

作为上述技术方案的进一步改进，所述真空罐的光学窗口的直径L满足关系：

其中，s为光学窗口与镜头等效入瞳位置的间距。

本发明还提供了基于所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源所实现的检测方法，该方法包括：

步骤1)将超压气球置于真空罐内；

步骤2)通过抛球模块将该超压气球抛至空中，并利用抛球模块给成像模块发送触发信号；

步骤3)所述的成像模块受触发信号触发对超压气球进行拍照，并将成像数据传输至处理模块；

步骤4)利用数据处理模块处理从成像模块输入的图像数据后，获取超压气球的轮廓图象，并计算得出超压气球在拍摄面上的形变参数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤4)具体包括：

步骤401)将从成像模块输入的成像数据进行畸变校正，校正由于光路导致的图像畸变；

步骤402)将经步骤401)畸变校正后的成像数据进行外形轮廓识别，利用梯度计算方法识别获得超压气球的轮廓图像；

步骤403)利用最小二乘法对步骤402)中获得的轮廓图像进行圆拟合；

步骤404)通过统计轮廓图像与拟合圆之间的差异，计算得出超压气球的形变参数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的超压气球的形变参数包括：半径差异平均值、半径差异最大值、半径差异最小值和半径差异标准差。

本发明的一种用于超压气球的形变检测装置及其方法优点在于：

通过在真空罐内设置抛球模块，将超压气球抛至空中，使超压气球向上运动至成像模块的视场范围内进行拍照检测，克服了利用现有的球体检测技术在检测易变形的气球时，由于受检测设备的影响而产生二次形变误差，从而降低了检测精度的技术问题；从而实现在无支撑物或固定物、以及大气等外界因素的影响下，对超压气球形变参数的高精度检测。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种用于超压气球的形变检测装置结构示意图。

图2是本发明实施例中的一种用于超压气球的形变检测装置的应用场景示意图。

图3是利用本发明的用于超压气球的形变检测装置实现检测的方法流程图。

图4是利用本发明的数据处理模块进行数据处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种用于超压气球的形变检测装置及其方法进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种用于超压气球的形变检测装置，包括：真空罐、抛球模块、成像模块和数据处理模块。

其中，所述的真空罐用于为置于其罐内的超压气球提供真空或低气压环境，以降低大气阻力和浮力对气球形变的影响；所述的抛球模块位于真空罐内，用于将超压气球抛至空中，使超压气球向上运动至成像模块的视场范围内；所述的成像模块用于为超压气球拍摄照片，并将成像数据传输至处理模块；所述数据处理模块用于处理从成像模块输入的成像数据后获取超压气球的轮廓图像，并计算获取超压气球的形变参数。

基于上述结构的形变检测装置，在所述的真空罐上还具有平整的光学窗口，所述的成像模块可通过该光学窗口对超压气球进行拍照成像。并采用低畸变的镜头和具有全局快门的相机进行拍照。

所述的抛球模块通过给超压气球初始的向上速度，使超压气球在成像模块拍照时处于低速、完全失重的运动状态。

超压气球经抛球模块的受力作用后的初始速度V₀与其上升高度H之间关系为：

其中，g为超压气球所在位置的重力加速度。

由上述公式可知，通过调节超压气球的初始速度，可控制气球的上升高度，使气球上升顶点位于成像模块的视场范围内。

上述抛球模块在抛球动作完成后，给成像模块发送触发信号。成像模块的拍照时间由抛球模块的触发信号控制，触发信号的延时参考气球上升时间t：

t＝V₀/g

另外，如图2所示，为了使超压气球完全处于成像模块的视场中，且超压气球的图像占据感光元件的大部分面积，所述成像模块中的镜头焦距f和相机感光元件最大内切圆直径d之间满足关系：

其中，D为超压气球直径，S为气球与镜头等效入瞳位置的间距。

同时，所述真空罐的光学窗口直径L满足成像视场要求，即满足关系：

其中，s为光学窗口与镜头等效入瞳位置的间距。

如图3所示，本发明还提供了基于上述用于超压气球的形变检测装置所实现的检测方法，该方法包括：

步骤1)将超压气球置于真空罐内；步骤2)通过抛球模块将该超压气球抛至空中，并利用抛球模块给成像模块发送触发信号；

步骤3)所述的成像模块受触发信号触发对超压气球进行拍照，并将成像数据传输至处理模块；

步骤4)利用数据处理模块处理从成像模块输入的图像数据后，获取超压气球的轮廓图象，并计算得出超压气球在拍摄面上的形变参数。

所述的数据处理模块可由计算机依据超压气球的成像数据计算获取气球的外形参数，并计算给出气球形变检测结果。上述成像数据的具体处理方法包括：

步骤401)将从成像模块输入的成像数据进行畸变校正，校正由于光路导致的图像畸变；其中，畸变校正参数可通过预先给置于真空罐内的网格板拍照获取。

步骤402)将经步骤401)畸变校正后的成像数据进行外形轮廓识别，利用梯度计算方法识别获得超压气球的轮廓图象；

步骤403)利用最小二乘法对步骤402)中获得的轮廓图像进行圆拟合；

步骤404)通过统计轮廓图像与拟合圆之间的差异，计算得出超压气球的形变参数，该形变参数具体可包括：半径差异平均值、半径差异最大值、半径差异最小值和半径差异标准差。

由图像直接获取的形变参数为相对值(单位为像素个数)，可通过等比例转换方法或抛硬质标准球标定的方法，以获取形变参数的绝对值(单位为长度单位米m、厘米cm、或毫米mm)。等比例转换关系为：

其中，n为像素点个数，l为像素点尺寸，D’为等比例转换后的长度。

另外，还可通过转动超压气球使其不同的面分别处于成像模块的视场范围内进行多次拍照检测，以获取超压气球不同面轮廓的形变参数。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种用于超压气球的形变检测装置的检测方法，其特征在于，所述的形变检测装置包括：真空罐、抛球模块、成像模块和数据处理模块；所述的真空罐用于为置于其罐内的超压气球提供真空或低气压环境；所述的抛球模块设置于真空罐内，用于将超压气球抛至空中，使超压气球向上运动至成像模块的视场范围内；所述的成像模块用于为超压气球拍照，并将成像数据传输至处理模块；所述的数据处理模块用于处理从成像模块输入的成像数据后获取超压气球的轮廓图像，并计算得出超压气球的形变参数；

该方法包括：

步骤1)将超压气球置于真空罐内；

步骤2)通过抛球模块将该超压气球抛至空中，并利用该抛球模块向成像模块发送触发信号；

步骤3)所述的成像模块受触发信号触发对超压气球进行拍照，并将成像数据传输至处理模块；

步骤4)利用数据处理模块处理从成像模块输入的成像数据后，获取超压气球的轮廓图像，并计算得出超压气球在拍摄面上的形变参数。

2.根据权利要求1所述用于超压气球的形变检测装置的检测方法，其特征在于，所述的步骤4)具体包括：

步骤401)将从成像模块输入的成像数据进行畸变校正，校正由于光路导致的图像畸变；

步骤402)将经步骤401)畸变校正后的成像数据进行外形轮廓识别，利用梯度计算方法识别获得超压气球的轮廓图像；

步骤403)利用最小二乘法对步骤402)中获得的轮廓图像进行圆拟合；

步骤404)通过统计轮廓图像与拟合圆之间的差异，计算得出超压气球的形变参数。

3.根据权利要求2所述用于超压气球的形变检测装置的检测方法，其特征在于，所述的超压气球的形变参数包括：半径差异平均值、半径差异最大值、半径差异最小值和半径差异标准差。