一種仿生機(jī)器魚用測量平臺及其使用方式的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及仿生機(jī)器魚運動監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種仿生機(jī)器魚用測量平 臺。
【背景技術(shù)】
[0002]
[0003] 隨著科技的不斷進(jìn)步，仿生學(xué)發(fā)展極為迅速，其中仿生機(jī)器魚是水下機(jī)器魚中較 為常用的一種，由于實驗空間的范圍有限，高速相機(jī)的視場無法覆蓋整個水槽，為了確保機(jī) 器魚整個運動過程都處在高速相機(jī)的視野內(nèi)，以滿足相關(guān)實驗研宄的需要，需要設(shè)計一種 基于視覺跟蹤的X-Y雙坐標(biāo)測量平臺，采用序列圖像法來獲得機(jī)器魚運動參數(shù)的數(shù)據(jù)，作 為控制移動臺移動的依據(jù)，通過機(jī)器魚重心位置的變化求得機(jī)器魚相對移動臺的相對速 度，最后將獲得的相對速度傳遞給滾珠絲杠移動臺的相應(yīng)的伺服電機(jī)，帶動平臺上方攝像 頭移動，實現(xiàn)對魚的實時跟蹤，從而方便對仿生機(jī)器魚運動進(jìn)行監(jiān)測研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
[0005] 針對以上問題，本發(fā)明設(shè)計一種仿生機(jī)器魚測量平臺及其使用方法，該測量平臺 是基于視覺跟蹤的X-Y雙坐標(biāo)測量平臺，其采用序列圖像法來獲得機(jī)器魚運動參數(shù)的數(shù) 據(jù)，作為控制移動臺移動的依據(jù)，通過機(jī)器魚重心位置的變化求得機(jī)器魚相對移動臺的相 對速度，最后將獲得的相對速度傳遞給滾珠絲杠移動臺的相應(yīng)的伺服電機(jī)，帶動平臺上方 攝像頭移動，實現(xiàn)對魚的實時跟蹤，進(jìn)而方便對仿生機(jī)器魚進(jìn)行運動研宄，為達(dá)此目的，本 發(fā)明提供一種仿生機(jī)器魚用測量平臺，包括底座、底部支架、導(dǎo)軌支架、吊架、橫向絲桿固定 座、固定架、高速相機(jī)、USB攝像頭、橫向運動控制電機(jī)、橫向絲桿、活動支架、縱向運動控制 電機(jī)、吊架活動固定座、縱向絲桿和縱向絲桿固定座，所述底座固定在水槽一側(cè)，所述底座 靠水槽一側(cè)的側(cè)邊上方有條形的底部支架，所述底部支架內(nèi)有橫向貫通的U型卡槽，所述 底部支架的兩個側(cè)邊上各固定有一條導(dǎo)軌支架，所述底部支架的U型卡槽內(nèi)有橫向運動控 制電機(jī)，所述橫向運動控制電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與橫向絲桿一端相連，所述橫向絲桿另 一端的端部固定在橫向絲桿固定座的通孔內(nèi)，所述橫向絲桿固定座底部固定在底部支架的 U型卡槽內(nèi)，所述活動支架在導(dǎo)軌支架的導(dǎo)軌上，所述活動支架沿導(dǎo)軌支架的導(dǎo)軌橫向運 動，所述橫向絲桿固定座穿過活動支架底部的螺紋孔，所述活動支架內(nèi)有縱向貫通的U型 卡槽，所述活動支架的兩個側(cè)邊上均有導(dǎo)軌，所述活動支架的U型卡槽內(nèi)有縱向運動控制 電機(jī)，所述縱向運動控制電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與縱向絲桿一端相連，所述縱向絲桿另一 端的端部固定在縱向絲桿固定座的通孔內(nèi)，所述縱向絲桿固定座底部固定在活動支架的U 型卡槽內(nèi)，所述吊架活動固定座在活動支架的導(dǎo)軌上，所述吊架活動固定座沿活動支架的 導(dǎo)軌縱向運動，所述活動支架上固定有L型的吊架，所述吊架上方的伸出端朝水槽一側(cè)，所 述吊架上方的伸出端的下方有固定架，所述固定架朝外一側(cè)固定安裝有高速相機(jī)，所述固 定架另一側(cè)固定安裝有USB攝像頭。
[0006] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述底部支架的U型卡槽內(nèi)有橫向絲桿限位座，所述橫 向絲桿穿過橫向絲桿限位座的通孔，所述活動支架的U型卡槽內(nèi)有縱向絲桿限位座，所述 縱向絲桿穿過縱向絲桿限位座的通孔，為了防止絲桿工作過程中發(fā)生抖動可設(shè)置限位座。
[0007] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述吊架的彎折部內(nèi)有加強(qiáng)支撐板，為了提高彎折部強(qiáng) 度可設(shè)置加強(qiáng)支撐板。
[0008] 本發(fā)明一種仿生機(jī)器魚用測量平臺的使用方法，具體步驟如下： 步驟一：使用USB攝像頭拍攝仿生機(jī)器魚的運動軌跡，然后進(jìn)行視頻圖像數(shù)據(jù)采集； 步驟二；對視頻圖像數(shù)據(jù)采集后的數(shù)據(jù)通過序列圖像法處理獲得運動參數(shù)； 具體處理方式如下： 1) 對USB攝像頭采集的視頻圖像像素數(shù)據(jù)進(jìn)行實時讀?。?2) 對所得到的序列圖像進(jìn)行預(yù)處理，先通過灰度化將所拍攝到的彩色圖像變成以256 色灰度表示的灰度圖像，再進(jìn)行二值化處理獲得機(jī)器魚的位置信息； 3) 對預(yù)處理過后的序列圖像采用區(qū)域生長算法分割出機(jī)器魚目標(biāo)區(qū)域； 4) 基于圖像分割的目標(biāo)特征提取，并計算出重心位置的坐標(biāo)變化； 5) 在生長區(qū)域完成之后，原先二值化圖像處理之后置為1的區(qū)域，被依據(jù)連通性分成 了不同的子區(qū)域，并設(shè)置了不同標(biāo)記，根據(jù)實際的實驗環(huán)境，機(jī)器魚就是最大的一個子區(qū) 域，該區(qū)域的重心可近似的當(dāng)成機(jī)器魚的重心，在單位時間內(nèi)，根據(jù)計算重心位置的變化， 從而求得機(jī)器魚相對移動臺的運動速度； 步驟三：通過串口將處理好的運動參數(shù)發(fā)送給PC機(jī)； 步驟四：上位機(jī)發(fā)送命令給PMAC卡； 步驟五：移動臺移動，實現(xiàn)跟蹤目的。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，采用的圖像灰度化公式為：，其中R-該像素紅色分量的 值；G-該像素綠色分量的值；B-該像素藍(lán)色分量的值，本發(fā)明采用以上常用的灰度化公 式對圖案進(jìn)行灰度化處理。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟二中二值化處理方式如下： 處理過程中根據(jù)下列的閾值處理來進(jìn)行：
而對于閾值的選取，使用迭代的方法來求最佳閾值分割圖像，步驟如下： (1) 選取初始閾值L，選擇整幅圖像的平均灰度值作為初始閾值； (2) 用T。分割圖像，將圖像分割成兩個區(qū)域^和^為為灰度值大于T。的像素組成的 前景區(qū)域，M2為灰度值小于T ^的像素組成的背景區(qū)域； (3) 計算兩區(qū)域，Mi區(qū)域和M 2區(qū)域的所有像素的平均灰度值，其中N :和N 2分別為這兩 區(qū)域的像素點個數(shù)，/〇，：!?）表示圖像中點的灰度值；
(4) 再計算新的閾值T1;
(5) 比較初始閾值和新的閾值，求出它們的差；ir;
K丨 (6) 當(dāng)33" ^ ^乙為預(yù)先規(guī)定的一個很小的正數(shù)，即迭代過程中前后兩次的閾值 很接近，迭代停止，否則重復(fù)（2)- (4)過程，最后的1\即為所求的最佳閾值，本發(fā)明需要對 圖形進(jìn)行二值化處理，可采用以上處理方法進(jìn)行處理。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟二中區(qū)域生長算法如下：先選擇步長為10的遍歷方 法判斷尋找種子點，對于像素點（X，y)判斷其是否為種子點，如果不是令X=x+10,判斷是否 越界，如果不越界重新進(jìn)行種子點判斷，如果越界令y=y+l〇,判斷是否越界，如果不越界重 新進(jìn)行種子點判斷，如果再越界結(jié)束判斷，如果判斷到是種子點，記錄下此像素點坐標(biāo)，并 標(biāo)記此點； 再進(jìn)行區(qū)域增長，記錄種子點附近所有符合的點，組成子區(qū)域，并處理子區(qū)域橫縱坐標(biāo) 值，計算出此區(qū)域的重心位置坐標(biāo)，本發(fā)明區(qū)域生長算法可采用以上算法，以上算法，算法 精簡，可以快速判斷種子點。
[0012] 本發(fā)明通過設(shè)計一種仿生機(jī)器魚測量平臺及其使用方法，其將高速相機(jī)和普通的 USB攝像頭相鄰固定在滾珠絲杠移動平臺上，USB攝像頭所能采集圖像的范圍就是USB攝像 頭拍攝的視野，調(diào)整X-Y雙坐標(biāo)移動臺的位置使USB攝像頭拍攝的視野覆蓋整個機(jī)器魚，即 此跟蹤系統(tǒng)的跟蹤目標(biāo)。在USB拍攝的視野中，用USB攝像頭采集機(jī)器魚運動圖像，然后 系統(tǒng)對圖像進(jìn)行處理，根據(jù)圖像中機(jī)器魚重心位置的變化求得機(jī)器魚相對移動臺的相對速 度，最后將獲得的相對速度傳遞給滾珠絲杠移動臺的相應(yīng)的