[发明专利]一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法有效

专利信息
申请号: 202111192765.6 申请日: 2021-10-13
公开(公告)号: CN113804913B 公开(公告)日: 2022-11-29
发明(设计)人: 徐志科;刘呈磊;金龙;冷静雯;朱星星 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G01P3/38 分类号: G01P3/38;G06T7/246;G06T7/269
代理公司: 北京同辉知识产权代理事务所(普通合伙) 11357 代理人: 梁语嫣
地址: 210024 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 利用 单个 流传 获取 球形 电机 旋转 速度 方法
【权利要求书】:

1.一种利用单个光流传感器获取球形电机旋转速度的方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:确定光流传感器与球形电机转子的位置关系;

S2:光流摄像头获取球形电机转子表面图像;

S3:对球形电机转子图像进行数据处理;

S4:球形电机转子图像特征点选取;

S5:对每一个特征点进行L-K光流运算;

S6:由每个特征点的光流计算完整图像的光流;

S7:利用图像的光流获取图像投影速度;

S8:利用球形电机与传感器之间的位置关系求解球形转子的速度。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S1中光流传感器安装于球形电机定子外壳上,传感器摄像头参考平面与球形电机转子表面的垂直距离在摄像头工作范围之内。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S2中获取照片的摄像头分辨率在500以上,拍摄时外部光照条件保持不变或变化缓慢。

4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述S3具体包括以下步骤:

S31:对RGB图像数据进行灰度计算;

S32:将灰度值转化为双精度值,便于计算机处理。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S4具体包括以下步骤:

S41:计算图像中每个像素点的梯度矩阵G及其最小特征值λm

式中px,py为计算像素点的位置,wx,wy为综合选取窗口大小,选取范围在2-7像素范围之内;Ix,Iy为像素点灰度值在x,y方向的偏导;

S42:寻找图像中所有最小特征值的最大值λmax

S43:保留最小特征值大于10%λmax的像素点;

S44:保留λm局部最大的像素点,保留的像素点的λm要比邻域3*3像素范围内的任意像素点大。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S5具体包括以下步骤:

S51:建立图像分层金字塔:

式中L为层数,I为某位置像素点的灰度值大小;将获取得到的图像作为金字塔的第0层,从第0层计算得到第1层,再从第1层计算得到第2层;以这样的递归方式得到图像金字塔;式中x、y为图像像素点的位置,图像左上角为(0,0);

S52:最上层特征点的光流值无可靠初始估计值:

式中为最大层的光流;

S53:迭代计算下一层特征点光流值:

式中dL为第L层残差位移矢量;

S54:若最终收敛,得到最终光流值:

式中为特征点光流值的最终解,每个特征点都会有计算得到的光流。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S6由每个特征点的光流计算完整图像的光流:

式中为第i个特征点的光流,n为特征点的个数,为图像的光流。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S7由光流传感器摄像头的分辨率计算图像光流所代表的投影速度:

式中为投影速度,ppi为摄像头分辨率,Δt为前后两帧图像的间隔时间,计算结果单位为cm/s。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S8具体包括以下步骤:

S81:摄像头到球形转子摄像面的距离由图像大小计算得到:

式中d为摄像头到球形转子摄像面的距离,f为摄像头的焦距,R为球形转子的半径,d′为摄像头到球形转子表面的距离,A、B为图像大小;

S82:由传感器摄像头与球形转子的位置关系:

为实际的转速,单位为cm/s,方向与光流方向相反。

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