一种基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法

摘要

一种基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，包括步骤：1）利用两个双目立体视觉系统构建直升机桨叶运动图像获取装置；2）利用标准标定模板，实现每一个双目立体视觉系统的标定；3）在直升机每片桨叶上粘贴一定数量的标记点；4）在提取双目立体视觉左右图像中桨叶标记点和标记点匹配的基础上；5）利用第4步获取的桨叶中标记点的三维信息，并根据桨叶运动参数挥舞、摆振和扭转的定义进行计算，得到直升机旋翼桨叶运动参数。本发明的优点是：具有操作简单、非接触式、危险系数小和精度高等优点。

主权项

一种基于双目立体视觉系统的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于包括以下方法步骤：1）利用两个双目立体视觉系统构建直升机桨叶运动图像获取装置；2）利用标准标定模板，实现每一个双目立体视觉系统的标定；3）在直升机每片桨叶上粘贴一定数量的标记点，用第1）步构建的图像获取装置采集运动的桨叶图像，并进行图像预处理；具体包括下述步骤：(a) 在每片桨叶两侧均匀粘贴已知大小、形状和间距的标记点；(b) 在桨叶高速旋转的状态下，由角度传感器每隔一定角度发送一个信号触发双目立体视觉系统中左右摄像机同时采集一帧图像，每个角度重复采集50‑100帧图像；(c) 采用基于OpenCV的矫正算法对每幅桨叶图像进行几何矫正；(d) 采用Bouguet立体校正算法分别计算出左右摄像机的投影矩阵、和行对准校正旋转矩阵、；(e) 利用行对准校正旋转矩阵、，对左右桨叶图像进行立体校正，从而得到严格水平行对准的左右桨叶图像；(f) 采用最大类间方差阈值法对桨叶图像进行二值化，实现了桨叶中标记点与背景的分离；(g) 采用图像膨胀与腐蚀、图像滤波和最大连通域方法去除背景噪声的干扰；4）在提取双目立体视觉左右图像中桨叶标记点和标记点匹配的基础上，利用标记好的双目立体视觉系统中摄像机内外参数实现桨叶中标记点的三维信息测量；5）利用第4）步获取的桨叶中标记点的三维信息，并根据桨叶运动参数挥舞、摆振和扭转的定义进行计算，得到直升机旋翼桨叶运动参数；具体包括下述步骤：(a) 根据1/4桨叶位置的标记点的三维坐标信息，利用最小二乘法对1/4桨叶位置的标记点进行曲线拟合，得到一个圆；(b) 计算出圆心坐标，该圆心的x坐标和y坐标即为直升机旋翼桨毂中心的x坐标和y坐标，并假设直升机旋翼桨毂中心的z坐标为静止状态下直升机旋翼桨毂的高度；(c) 将第4）步左摄像机坐标系统下的标记点三维信息转换为直升机旋翼桨毂坐标系统下的三维信息；(d) 利用步骤(c)得到的直升机旋翼桨毂坐标系统下的标记点三维信息，并根据桨叶挥舞、摆振和扭转的定义，分别计算出不同旋转角下桨叶挥舞、摆振和扭转参数，实现了桨叶运动参数的测量。