1.一种基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:包括装置本体、视觉系统和运动控制系统;
所述视觉系统包括摄像头(10)和图像处理单元;
所述装置本体包括底座(1),底座(1)上方安装有转台(2),转台(2)由驱动装置驱动旋转;转台(2)上安装有俯仰调节执行机构,俯仰调节执行机构上安装有发射枪(6),摄像头(10)安装在发射枪的枪头位置;
所述运动控制系统和驱动装置电连接,用于控制转台(2)转动,并接收驱动装置反馈的角度信息;所述运动控制系统和俯仰调节执行机构电连接,用于控制俯仰调节执行机构俯仰运动,并获取俯仰调节执行机构反馈的位置信息;
摄像头将拍摄的图像传入图像处理单元,图像处理单元获取目标在图像中的位置,并将表征目标位置的矢量值发送至运动控制系统,运动控制系统控制转台和俯仰调节执行机构动作,实现发射枪对目标的定位。
2.根据权利要求1所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:在完成目标定位的基础上,摄像头将拍摄的图像传入图像处理单元,图像处理单元预测目标在图像中的动向,并将表征目标位移的矢量值发送至运动控制系统,运动控制系统控制转台和俯仰调节执行机构动作,实现发射枪对目标的跟踪。
3.根据权利要求1和2所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:所述俯仰调节执行机构包括俯仰台(5)和若干电动缸,所述电动缸一端和俯仰台(5)底面铰接,另一端和转台(2)铰接,所述发射枪安装在俯仰台(5)上;所述电动缸和运动控制系统电连接,运动控制系统控制电动缸伸缩,并接收电动缸的位置反馈。
4.根据权利要求3所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:所述电动缸的数量为3,包括第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸,发射枪(6)的枪头指向第一电动缸;第二电动缸和第三电动缸伸长,第一电动缸缩短时,实现调整俯角动作;第二电动缸和第三电动缸缩短,第一电动缸伸长时,实现调整仰角动作,电动缸的具体伸长/缩短的距离由视觉系统所获得的调整角度信息确定。
5.根据权利要求3所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:所述传动齿轮轴(9)和转台(2)之间通过键联接。
6.根据权利要求1和2所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:所述驱动装置包括电机(7)、安装在电机输出轴上的齿轮(8),以及和齿轮(8)相啮合的传动齿轮轴(9),所述转台(2)安装在传动齿轮轴(9)上;电机(7)驱动后,依次通过齿轮(8)和传动齿轮轴(9)带动转台(2)旋转;所述电机(7)和运动控制系统电连接,运动控制系统控制电机运转,并接收电机的角度反馈。
7.根据权利要求1所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:所述图像处理单元和运动控制系统通过CAN总线与工控机通信。
8.根据权利要求3所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于,图像处理单元获取目标在图像中的位置,并将由当前帧图像中心位置指向目标中心位置的矢量值发送至运动控制系统,所述运动控制系统根据矢量值控制转台和俯仰调节执行机构动作,实现发射枪对目标的定位,具体步骤如下:(1)图像采集和图像处理:
(1.1)摄像头采集图像,图像处理单元读取摄像头传入的当前帧图像;对当前帧图像和预存的目标模板图像进行预处理;
(1.2)通过特征点提取算法对当前帧图像和目标模板图像的灰度图像进行特征点提取;
(1.3)通过特征点匹配算法对当前帧图像进行特征点匹配;
(1.4)通过匹配点筛选算法过滤出优秀匹配点,去除误匹配点;
(1.5)根据特征点匹配的结果定位出目标在当前帧图像中的位置,并确定目标中心坐标;
(1.6)计算当前帧图像中心坐标指向目标中心坐标的位置矢量值;
(2)运动学反解:
基于图像处理单元获得的位置矢量值,通过运动学反解,获得电动缸伸长量和电机转动角度量;
(3)运动控制:
运动控制系统根据反解得到的电动缸伸长量和电机转动角度量,输出相应的模拟量控制信号,从而控制电动缸和电机完成相应的动作,同时,通过电动缸的位置反馈和电机的角度反馈保证动作的精确性,实现摄像头的光轴始终通过目标位置的中心,即目标始终处于每一帧图像的中心位置,以此实现发射枪对目标的定位。
9.根据权利要求8所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:在完成定位的基础上,摄像头将拍摄的图像传入图像处理单元,图像处理单元确定目标在图像中的动向,并将表征目标位移的矢量值发送至运动控制系统,运动控制系统控制转台和俯仰调节执行机构动作,实现发射枪对目标的跟踪,具体步骤如下:(1)图像采集和图像处理:
(1.1)摄像头采集图像,图像处理单元读取摄像头传入的当前帧图像和下一帧图像;对当前帧图像和下一帧图像进行预处理;
(1.2)通过特征点提取算法对当前帧图像和目标模板图像的灰度图像进行特征点提取;
(1.3)通过特征点匹配算法对当前帧图像进行特征点匹配;
(1.4)通过匹配点筛选算法过滤出优秀匹配点,去除误匹配点;
(1.5)通过目标跟踪算法对目标进行当前帧和下一帧的跟踪,并计算获得当前帧目标中心位置指向下一帧目标中心位置的位移矢量值。
(2)运动学反解:
基于图像处理单元获得的位移矢量值,通过运动学反解,获得电动缸伸长量和电机转动角度量;
(3)运动控制:
运动控制系统根据反解得到的电动缸伸长量和电机转动角度量,输出相应的模拟量控制信号,从而控制电动缸和电机完成相应的动作,同时,通过电动缸的位置反馈和电机的角度反馈保证动作的精确性,以此实现发射枪对目标的定位与跟踪。
10.根据权利要求9所述的基于视觉定位跟踪的捕捉网发射装置,其特征在于:在目标跟踪过程中,若发生目标的丢失,将对目标重新定位,再进行跟踪。