一种测量动态回转窑椭圆度的方法

摘要

本发明公开了一种测量动态回转窑椭圆度的方法，采用测量动态回转窑椭圆度的装置，测量动态回转窑椭圆度的装置包括特征光源、第一摄像机、第一光源、第二光源、第二摄像机和计算机，特征光源照射回转窑并在回转窑上形成光斑，第一摄像机和第二摄像机分别位于特征光源的两侧并朝向回转窑，光斑位于第一摄像机和第二摄像机的拍摄范围内，第一摄像机和第二摄像机均连接计算机。本发明的测量动态回转窑椭圆度的方法采用摄像采集设备，可重复性好；和激光测距相比，成本较低，且精度较高。

主权项

一种测量动态回转窑椭圆度的方法，采用测量动态回转窑椭圆度的装置，所述测量动态回转窑椭圆度的装置包括特征光源(1)、第一摄像机(2)、第二摄像机(6)和计算机(7)，所述特征光源(1)照射回转窑(4)并在所述回转窑(4)上形成光斑，所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)分别位于所述特征光源(1)的两侧并朝向所述回转窑(4)，所述光斑位于所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的拍摄范围内，所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)均连接所述计算机(7)，包括以下步骤：1)、利用特征光源(1)制作光斑，2)、对所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)进行调焦；3)、对所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)进行标定，通过标定得到所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的参数，所述参数包括第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的外部参数以及第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的内部参数；4)、利用所述计算机(7)控制所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)同时对所述光斑进行采图，其中，第一摄像机(2)的图像为参考图像，第二摄像机(6)的图像为目标图像；5)、在第一摄像机(2)的图像中选取计算区域S₁，计算区域S₁为参考图像子区，在第二摄像机(6)的图像上建立搜索区域S₂，搜索区域S₂为目标图像子区，目标图像子区包含变形后的参考图像子区；6)、获取目标图像子区和参考图像子区中的点的灰度值；7)、构建形函数，确定参考图像子区与目标图像子区中对应点的位置关系，其中，(x₁,y₁)为参考图像子区中任意像素点的坐标，(x₂,y₂)为目标图像子区中与像素点(x₁,y₁)相对应的像素点的坐标，存在一组映射关系χ使得下式成立：χ(x₁,y₁)→(x₂,y₂)f(x₁,y₁)＝g(x₂,y₂)其中，f(x₁,y₁)表示像素点(x₁,y₁)处的图像亮度，g(x₂,y₂)表示像素点(x₂,y₂)处的图像亮度，映射关系χ即为形函数；其中，形函数χ由下式表示：$x_2=x_1+u^{\prime }(x^{\prime },y^{\prime })+\frac{\partial u^{\prime }}{\partial x_1}{|}_{x^{\prime },y^{\prime }}(x_1-x^{\prime })+\frac{\partial u^{\prime }}{\partial y_1}{|}_{x^{\prime },y^{\prime }}(y_1-y^{\prime })$$y_2=y_1+v^{\prime }(x^{\prime },y^{\prime })+\frac{\partial v^{\prime }}{\partial x_1}{|}_{x^{\prime },y^{\prime }}(x_1-x^{\prime })+\frac{\partial v^{\prime }}{\partial y_1}{|}_{x^{\prime },y^{\prime }}(y_1-y^{\prime })$其中，u和v分别为变形引起的x和y方向的位移，(x',y')为参考图像子区的中心位置坐标，为变形在x₁和y₁方向上产生的一阶位移梯度；8)、将步骤7)的形函数参数化，并用向量P'表示，$P^{\prime }=(u^{\prime },v^{\prime },\frac{\partial u^{\prime }}{\partial x_1},\frac{\partial v^{\prime }}{\partial x_1},\frac{\partial u^{\prime }}{\partial y_1},\frac{\partial v^{\prime }}{\partial y_1}),$定义相关函数ρ^*'，所述相关函数ρ^*'为基于核函数的相关函数，其中，${\rho }^{*\prime }=c\underset{{s_p}^{\prime }\in S_1}{\Sigma }k\left({\left|\right|\frac{f\left({s_p}^{\prime }\right)-g({s_p}^{\prime },P^{\prime })}{h}\left|\right|}^2\right)$其中，c为归一化常数，k(.)为核函数，h为核函数的带宽控制参数，s_p'为参考图像子区中的一个像素点，f(s_p')为参考图像子区中像素点s_p'处的图像亮度，g(s_p',P')为目标图像子区中与像素点s_p'相对应的像素点处的图像亮度；9)、设定向量的初始值P₀'，并设定最大迭代次数n，10)、将P₀'代入迭代等式：${P_1}^{\prime }={P_0}^{\prime }-\frac{▿{\rho }^{*\prime }\left({P_0}^{\prime }\right)}{▿▿{\rho }^{*\prime }\left({P_0}^{\prime }\right)}$式中，P₀'为变形参数初值，▽ρ^*'和▽▽ρ^*'是相关函数ρ^*的一阶梯度和Hessian矩阵，其中▽ρ^*'和▽▽ρ^*'的公式如下：$▿{\rho }^{*\prime }=\frac{-2}{\underset{s_p\in S_1}{\Sigma }{f}^2\left({s_p}^{\prime }\right)}{\left\{\underset{{s_p}^{\prime }\in S_1}{\Sigma }\right[f\left({s_p}^{\prime }\right)-g({s_p}^{\prime },P^{\prime })\left]\frac{\partial g({s_p}^{\prime },P^{\prime })}{\partial {P_i}^{\prime }}\right\}}_{i=1,···,6}$$▿▿{\rho }^{*\prime }=\frac{2}{\underset{s_p\in S_1}{\Sigma }{f}^2\left({s_p}^{\prime }\right)}{\left\{\underset{{s_p}^{\prime }\in S_1}{\Sigma }\frac{\partial g({s_p}^{\prime },P^{\prime })}{\partial {P_i}^{\prime }}\frac{\partial g({s_p}^{\prime },P^{\prime })}{\partial {P_j}^{\prime }}\right\}}_{\underset{j=1,···,6}{i=1,···,6}};$式中，P_i'和P_j'分别为向量P'的第i个元素和第j个元素；根据迭代等式计算得到P₁'；11)、根据下式判断迭代等式是否收敛，如果收敛，则保存计算区域S₁的位移值u'和v'；如果没有收敛，令P₀'＝P₁'，并重复步骤10)和11)；如果迭代次数达到最大迭代次数n，则结束迭代；12)、输出计算区域S₁的位移值；13)、根据步骤12)得到的计算区域S₁的位移值，对空间中对应的回转窑上的表面点做三维重建；14)、根据步骤13)的三维重建结果，求得所述回转窑(4)的内切圆的半径R_内和外切圆的半径R_外，则所述回转窑(4)的椭圆度为：