实时摄像测量系统及其应用 【技术领域】
本发明涉及了一种实时摄像测量系统及其应用，特别是涉及了一种测量水流速模型或船模的实时摄像测量系统，它被应用到测量大范围的恒定流或非恒定流的流速场和测量航行中船模。
背景技术
现有的河工、港工和水工模型试验中，对水流速度的测量方法大致有三类：
一是采用浮标示踪人工计时或拍照后方向处理，这一方法费时费力且精度不高，只适于单点流速的近似测量。
二是采用水槽试验的常用仪器。如旋桨流速仪，相对于浮标示踪人工计时方法，其测量精度有所提高，但只适于单点流速测量，测量的最小流速大于2.0cm/s；此外，当泥沙含量较高时，旋桨流速仪的精度降低，甚至难以使用。
三是应用颗粒示踪与图像处理技术(王兴奎等发明的专利公开号为CN1289037A的大范围表面流速场的图像处理系统及其同步实时测量方法)。如图2所示，该专利技术采用CCD摄像机摄取信号，并将摄像机分别与视频信号同步器和设置在计算机上地图像采集卡相连，一组摄像机组成一个相对独立的子系统，将全部摄像机用视频信号同步器连接，实现外同步，各子系统的计算机连成局域网通过网络进行协同操作，实现内同步，得出流场的图像。但是它的每个子系统中的每个摄像机不能同步进行拍摄，它是在采集第一号摄像机的图像后，再采集第二号摄像机的图像，依次类推，虽然其间隔时间只有0.03-0.04秒，但是对于大范围的恒定流或非恒定流的流速场，特别是对于非恒定流的流速场来说，其误差的积累会导致图像的不准确，而该专利技术采用局域网来实现图中的1号摄像机和7号摄像机的同步，虽然这样解决了同步问题，但是在该专利技术中，一个子系统就需要使用了一个同步器和一个计算机，并且在每个子系统间采用局域网实现它的内同步，它们的同步是借助于局域网来实现的，这样不仅设备复杂、错误率高、成本高，而且增加了网络维护的费用。
发明的内容
本发明的发明目的是克服上所述缺陷，而提供一种实时摄像测量系统及其应用，它设备简单、维护方便。
为了完成本发明的发明目的，本发明的一种实时摄像测量系统包括：一组或多组CCD摄像机、分别与每个CCD摄像机相连的图像采集卡和与图像采集卡相连的一台计算机，其中：所述图像采集卡包括至少二个或二个以上的数据采集卡和一个数据控制卡，所述每组CCD摄像机包括至少二个或二个以上的摄像机，每组CCD摄像机中的每一个CCD摄像机分别与每个数据采集卡输入端相应组号的一路相连，每个数据采集卡的输出端与数据控制卡输入端相连，数据控制卡的输出端与计算机的输入端相连，每组CCD摄像机的最大个数与数据采集卡的个数相等，CCD摄像机的组数与每个数据采集卡的路数相等。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述多组CCD摄像机为2-30组CCD摄像机。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述每组CCD摄像机为2-30个CCD摄像机。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数是相同的。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数是不相同的。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：用该系统测量大范围的恒定流或非恒定流的流速场，其中所述的CCD摄像机为多组摄像机，将每组CCD摄像机的每个CCD摄像机分别放置在大范围的恒定流或非恒定流场不同部位，对流场中的示踪粒子进行监控，得出大范围的恒定流或非恒定流场不同部位在同一时刻和不同时刻的流速场。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：用该系统测量航行中船模，其中所述的CCD摄像机为一组摄像机，将每个CCD摄像机分别放置在船模航线的不同部分，对船模上的示踪体进行监控，得出航模不同部位在同一时刻和不同时刻的运动图像。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述的航模上的示踪体放置在船模的船体前、后，每个CCD摄像机分别放置在船模行经航线的上方并且对应着航模上的示踪体，对船模上的示踪体进行监控，得出航模不同部位在同一时刻和不同时刻的行进过程中船体运动图像。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述的航模上的示踪体放置在船模的前或后、上或下和左或右，每个CCD摄像机分别对应着航模上的示踪体放置，对船模上的示踪体进行监控，得出航模不同部位在同一时刻和不同时刻的船体摇动和摇摆的图像。
本发明的一种实时摄像测量系统，其中：所述的航模上的示踪体放置在船模的前、后、上、下、左和右，每个CCD摄像机分别对应着航模上的示踪体放置，对船模上的示踪体进行监控，得出航模不同部位在同一时刻和不同时刻的船体摇动和摇摆的图像。
本发明的实时摄像测量系统与现有的实时摄像测量系统相比，该系统(16个摄像终端，4组摄像机，每组4个摄像机)完成一次采样的时间小于15秒，同步性小于0.12秒，可以实时监测与定位，可执行单路、多路采样和自动周期采样并且本系统的适应性强，具体解释如下：
(1)系统(16个摄像终端，4组摄像机，每组4个摄像机)完成一次采样的时间小于15秒：
本系统的处理速度快，且兼容性好。它可以在Windows95到XP的任何版本下运行，与操作平台下的大多数软件都没有冲突。在Pentium IV 2.6G的PC兼容机上，系统15秒内完成一次完整采样，不需要再次回放分析，真正高效实时地完成采集分析的任务。
(2)同步性小于O.12秒
因为采用一个数据控制卡通过系统控制多个数据采集卡，实现数据多通路实时同步采集，每组摄像机实现完全同步采集，组与组之间的摄像机采集数据的同步性小于0.12秒。
(3)实时监测与定位
在播放模式下，本系统可以全方位实时显示流场或船模的动态情况，实验人员不需要亲临现场就能够随时了解实验现场发生的任何情况。另外，根据本系统屏幕上提供的坐标值，用户还可以很容易的定位模型上实验区域内的任何一点对应于原型的地理位置。
(4)执行单路、多路采样和自动周期采样
本系统可执行单路和可选多路采样，即通过系统界面选择1组或多组1-30个镜头对某指定区域进行采样，即根据非恒定流或非恒定流速场实验的周期选择多组，每组多个摄像机的系统进行采样，而根据船模实验的周期选择一组，每组多个摄像机的系统进行采样，最终实现采样结果的实时动态显示。
(5)系统的适应性强
根据测量的不同需求，通过适当地选择摄像机的组数和每组摄像机的个数，本系统可适应于非恒定流或非恒定流速场，也可适应于船模航行测量或船体振摇测量。
【附图说明】
图1是本发明的实时摄像测量系统的结构示意图；
图2是现有技术中的大范围表面流速场的图像处理系统的结构示意图；
图3(a)是本发明的实时摄像测量系统用于测量流速场的示意图；
图3(b)是图3(a)所示的流速场中时间与通道关系的坐标图；
图4(a)是现有技术的测量系统用于测量流速场的示意图；
图4(b)是图4(a)所示的流速场中时间与通道关系的坐标图；
图5是本发明的实时摄像测量系统用于测量船模航行的示意图；
图6是本发明的实时摄像测量系统用于测量船体振摇的示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明的实时摄像测量系统包括：一组或多组CCD摄像机11，12......1n，21......2n......m......mn、分别与每个CCD摄像机相连的图像采集卡101和与图像采集卡101相连的一台计算机103，图像采集卡101包括至少二个或二个以上的数据采集卡1，2，3......n和一个数据控制卡102，每组CCD摄像机包括至少二个或二个以上的摄像机，每组CCD摄像机中的每一个CCD摄像机分别与每个数据采集卡1，2，3......n输入端相应组号的一路相连，例如：第一组第一个摄像机11与第一数据采集卡1的第一路相连，第一组第二个摄像机12与第二数据采集卡2的第一路相连，第二组第三个摄像机23与第三个数据采集卡3的第二路相连，即摄像机在每组中的个数对应着第几数据采集卡，摄像机的组号中对应数据采集卡的第几路，每个数据采集卡1，2，3......n的输出端与数据控制卡102输入端相连，数据控制卡102的输出端与计算机的输入端相连，每组CCD摄像机的最大个数与数据采集卡1，2，3......n的个数相等，例如：每组摄像机的最大个数为9，那么，就应该有9个数据采集卡，CCD摄像机的组数与每个数据采集卡1，2，3......n的路数相等，例如：系统有四组，那么每个数据采集卡的路数应该为四路。
根据实际需要，多组CCD摄像机可为2-30组CCD摄像机，每组CCD摄像机为2-30个CCD摄像机，每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数可以是相同的，也可以是不相同的。
测量方法：
(1)根据测量的对象不同，选择摄像机的组数和每组摄像机的个数；
(2)将每组摄像机的每个摄像机，根据测量对象的不同要求分别放置在测量对象的不同部位，
(3)将示踪粒子或示踪体放入所选择的测量对象中；
(4)用摄像机获取示踪粒子或示踪体轨迹的图像，通过视频线传输到不同的数据采集卡和一个数据控制卡中，数据控制卡将数据通过视频线传输到计算机中，计算机控制每个数据采集卡，使每个数据采集卡的同一路间保持完全同步。
(5)图像采集完毕后，系统依次对同一时刻或不同时刻的图像序列进行计算，得出测量对象在同一时刻或不同时刻的图像，同时将结果数据存于硬盘。
算法：
实施例1
图3(a)是本发明的实时摄像测量系统用于流速场的示意图；为了简便起见，该图只画出了一组摄像机并且省去了实时摄像测量系统，用该系统测量大范围的恒定流或非恒定流的流速场，根据模型的大小选择摄像机的组数，该实例的CCD摄像由为四组摄像机组成，每组选择四个摄像机，将每组CCD摄像机的每个CCD摄像机分别放置在大范围的恒定流或非恒定流场106不同部位，对流场106中的示踪粒子107进行监控，按照上述的测量方法，得出大范围的恒定流或非恒定流场106不同部位同一时刻和不同时刻的流速场。
从图3(b)中可以看出，使用本发明的实时摄像测量系统来测量大范围的恒定流或非恒定流的流速场可以得出不同部位在同一时刻和不同时刻的流速场；图4(b)是图4(a)所示的流速场(即图2所示的图像处理系统)中时间与通道关系的坐标图，使用图2中的一个子系统不能得出不同部位在同一时刻的流速场，只能得出不同部位在接近于同一时刻的流速场，若使用几个子系统连网的方式，可以得出不同部位在同一时刻的流速场，但是要测定同一时刻的几个不同位置，就要相应地有几个同步器和几个计算机，并且同时具有一个局域网，这样不仅设备复杂、错误率高、成本高，而且增加了网络维护的费用。
实施例2
图5是本发明的实时摄像测量系统用于船模航行测量的示意图；用该系统测量航行中船模104，CCD摄像机由一组两个摄像机组成，将航模104上的示踪体105放置在船模104的船体前、后，摄像机分别放置在船模104行经航线的上方的前、后并且对应着航模上的示踪体105，对船模104上的示踪体105进行监控，得出航模104不同部位在同一时刻和不同时刻的行进过程中船体运动图像。
实施例3
图6是本发明的实时摄像测量系统用于船体振摇测量的示意图；用该系统测量航行中船模104，航模104上的示踪体105放置在船模104的前或后、上或下和左或右三个位置上(图6只画出了其中的一个)，所述的CCD摄像机由一组三个摄像机组成，每个CCD摄像机分别对应着航模104上的示踪体105放置，对船模104上的示踪体105进行监控，得出航模104不同部位在同一时刻和不同时刻的船体摇动和摇摆的图像。
在该实例中，航模104上的示踪体105也可放置在船模的前、后、上、下、左、右六个位置上，所述的CCD摄像机由一组六个摄像机组成，每个CCD摄像机分别对应着航模104上的示踪体105放置，对船模104上的示踪体105进行监控，得出航模不同部位在同一时刻和不同时刻的船体摇动和摇摆的图像。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。