[发明专利]一种基于图像识别的力测量装置

摘要

本发明公开了一种基于图像识别的力测量装置，包括：测力弹性体、连接筒、双目摄像头和图像识别处理器；所述测力弹性体位于连接筒的一端，所述测力弹性体在未受力时呈半球状；所述双目摄像头固定于连接筒的另一端；所述图像识别处理器用于实时接收并处理双目摄像头所摄取的图像，并得出外力的大小和方向。本发明引入图像处理的新颖方式，使用简单的原理实现了力测量装置的简单化、低成本化，具有良好的抗干扰性、环境适应性等优点。

主权项

1.一种基于图像识别的力测量装置，其特征在于，包括：测力弹性体、连接筒、双目摄像头和图像识别处理器；所述测力弹性体位于连接筒的一端，所述测力弹性体在未受力时呈半球状；所述双目摄像头固定于连接筒的另一端；所述图像识别处理器用于实时接收并处理双目摄像头所摄取的图像，并得出外力的大小和方向；所述测力弹性体的表面涂有均匀的标识点，所述标识点用于定位及识别；当有外力施加在其身上时产生凹陷形变，所述凹陷形变的形变量与外力的大小视为满足分区间的胡克定律，依据形变量计算出外力大小；所述凹陷形变的形变方向即为外力方向；所述测力弹性体的材料根据实际应用情况来选择；所述双目摄像头实时摄取弹性材料的状态图像，并传送到图像识别处理器；在图像识别处理器中得出弹性材料的3D图像模型，分析出弹性材料的形变情况，根据分析出的形变情计算出外力的大小和方向；所述连接筒用于固定弹性材料和双目摄像头，连接筒中安装有LED灯，所述LED灯用于双目摄像头摄像补光；同时，连接筒给弹性材料和双目摄像头提供一个密闭空间；所述图像识别处理器根据实时接收并处理双目摄像头摄取的双目视觉图像，运算出外力的大小和方向；所述运算出外力的大小和方向的运算方法为：首先进行相机参数标定，标定完成后从左右相机分别找到测力弹性体上的特征点，通过之前标定好的参数，计算出该特征点的三维坐标；然后，根据测力弹性体上各标识点的三维坐标，建立当前测力弹性体的3D图像模型，分析出测力弹性体的形变情况，再依据测力弹性体形变与受力的关系，得出外力的大小和方向；所述图像识别处理器得出外力大小的方法具体如下：首先，利用高精度测力装置，对测力弹性体上各标识点各自建立一个二维表格，表格内容为该标识点在不同区间内的劲度系数；按照如下式测出各标识点在不同位移区间内的劲度系数K：K(x，x+Δx)＝F(x+Δx)/(x+Δx)，其中，x是测力弹性体位移，Δx为区间间隔，F为测力弹性体的应力大小，K是劲度系数，F(x+Δx)为测力弹性体在位移为x+Δx处的应力大小，选取适当的区间间隔Δx，所述区间间隔Δx近似认为在区间(x，x+Δx)内，测力弹性体的劲度系数恒定，因此K(x，x+Δx)即是测力弹性体在区间(x，x+Δx)内的劲度系数；把测出的每个标识点在各个位移区间内的劲度系数记录进表格里，并同时把测量出的劲度系数存储至图像处理系统的储存空间中；所述测力弹性体在测量外力时，外力使测力弹性体产生形变，利用双目摄像头得到测力弹性体上各标识点的空间坐标，选取凹陷处的最低点作为受力点，然后算出受力点的位移值，并根据位移值在上一步骤中建立的表格中查得该区间内的劲度系数，进而根据公式F＝K×x，算得外力的大小。