一种基于标记点三维信息测量的飞机侧滑角动态监测方法

摘要

一种基于标记点三维信息测量的飞机侧滑角动态监测方法，包括以下步骤：1)在飞机机身特定位置粘贴标记点；2)通过相应设备构建基于双目立体视觉的飞机图像获取装置；3)利用标准标定模板实现对双目立体视觉系统的标定，获取双目摄像机的内外参数和双目摄像机的空间位置关系；4)在同步信号发生器发出的采集信号下，利用已标定好的立体视觉系统采集飞机静止与运动态下的图像对；5)利用第4)步获取的飞机在两种状态下标记点的三维信息，计算机身侧滑角，实现对侧滑角的动态监测。本发明的优点是：能够在不改变飞机气动外形，不影响风洞气流的前提下实现对飞机侧滑角的测量和动态监测，具有操作简单、非接触式、危险系数小、精度高的优点。

主权项

一种基于标记点三维信息测量的飞机侧滑角动态监测方法，其特征在于包括以下方法步骤：1)在飞机机身特定位置粘贴标记点；具体包括以下步骤：(a) 沿机身中轴线粘贴两个标记点，分别记为A、B；(b) 在机身轴线旁粘贴另一个标记点，记为C；(c) 要求A、B、C三点组成的平面ABC与飞机机身对称面相互垂直；2)利用双目摄像机、高速计算机、同步信号发生器、照明设备构建基于立体视觉的图像获取装置；3)利用标准标定模板实现对双目立体视觉系统的标定，获取双目摄像机的内外参数和双目摄像机的空间位置关系；4)利用已标定好的立体视觉系统采集飞机静止与运动状态下的机身标记点图像对；首先，在飞机静止状态下，采集粘贴标记点的飞机图像对；然后，在飞机运动状态下，在同步信号发生器发出的信号下采集粘贴标记点的飞机图像对，采集帧率和时长根据动态监测要求进行设定；最后，利用第3)步获取的摄像机标定参数，分别对飞机在静止与运动状态下采集的机身标记点图像对进行标记点三维信息计算；利用每对机身标记点图像对，计算标记点三维信息的具体步骤如下：(a)采用基于Brown算法的矫正算法对双目图像进行几何矫正，以消除镜头畸变；(b)采用Bouguet立体校正算法，计算行对准校正旋转矩阵、和重投影矩阵，利用行对准校正旋转矩阵、对双目图像进行立体校正，得到严格水平行对齐的双目图像； (c)采用最大类间方差阈值法对双目图像进行二值化，实现图像中标记点与背景的分离；(d)采用图像滤波和最大连通域方法去除双目图像中的背景噪声干扰，并得到标记点的特征信息；(e)根据标记点特征信息对双目图像中的标记点进行立体匹配；(f)利用步骤(b)中的重投影矩阵，在立体匹配的基础上计算出标记点三维信息；5)利用第4)步获取的飞机不同状态下标记点的三维信息，计算机身侧滑角，实现对侧滑角的动态监测；其具体步骤如下：(a)计算飞机静止时平面ABC法向量：利用飞机静止状态下机身标记点A、B、C的三维信息计算平面ABC的法向量；(b)计算飞机静止时机身对称面法向量：利用步骤(a)中静止状态下平面ABC的法向量与标记点A、B的三维信息，计算出飞机机身静止时对称面的法向量；(c)计算飞机运动时机身对称面法向量：假设同步信号发生器的帧率为帧/秒，采集时长为秒，则共采集对飞机运动状态下的图像对；利用第() 对飞机图像对中的标记点、、的三维信息，计算飞机运动状态下平面ABC的法向量，并利用第对图像对中的标记点、的三维信息，计算出飞机运动状态下第()对图像对中机身对称面的法向量；(d)计算飞机运动时侧滑角：利用步骤(b)得到的静止状态下机身对称面法向量和步骤(c)得到第()对飞机运动图像对中机身对称面的法向量，通过计算两个法向量之间的夹角得到运动状态下第()对飞机图像对所对应的飞机侧滑角;(e)整个试验过程的侧滑角动态监测：按照步骤(d)的计算方法，计算出采集的对图像对的侧滑角，将对图像对的侧滑角按照图像对的采集顺序，绘制成侧滑角曲线，实现时间内的飞机侧滑角动态监测。