【摘 要】
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桨根扭转角作为直升机旋翼运动参数之一,是直升机旋翼设计的重要参考指标,因此,精确测量桨根扭转角具有重要的意义。现有的基于计算机视觉桨根扭转角测量方法中,往往忽略了摄像机在拍摄过程中产生的图像透视畸变,导致测量误差。针对上述问题,本文开展了基于图像透视畸变校正的多方位直升机桨根扭转角测量系统研制。主要研究工作与成果如下:(1)搭建了基于图像透视畸变校正的多方位直升机桨根扭转角测量系统。首先,根据系统
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桨根扭转角作为直升机旋翼运动参数之一,是直升机旋翼设计的重要参考指标,因此,精确测量桨根扭转角具有重要的意义。现有的基于计算机视觉桨根扭转角测量方法中,往往忽略了摄像机在拍摄过程中产生的图像透视畸变,导致测量误差。针对上述问题,本文开展了基于图像透视畸变校正的多方位直升机桨根扭转角测量系统研制。主要研究工作与成果如下:(1)搭建了基于图像透视畸变校正的多方位直升机桨根扭转角测量系统。首先,根据系统需求分析和技术指标,开展桨根扭转角测量系统的设计;其次,优化了硬件子系统的设计,针对硬件子系统中照明模块补光不足和丢帧的问题,将照明设备更换为频闪灯,并将其与摄像机同步工作;再次,实现了软件子系统的设计,构建了由设备管理模块、图像采集模块、桨根扭转角测量模块与桨根扭转角显示模块组成的软件子系统;最后,完成了系统的软硬件联调。(2)提出了基于透视变换校正的扭转角测量方法。首先,分析了图像透视畸变影响扭转角测量的误差机理,据此重新设计了桨根标记物;其次,利用基于凸包检测的矩形顶点检测算法,检测旋翼在静止状态下分别处于侧方位与正方位时,桨根标记物图像中的矩形标记点四个顶点,利用正方位与侧方位的检测结果,求解出侧方位变换至正方位的透视变换矩阵;再次,利用求得的透视变换矩阵,对在旋翼运动状态下侧方位拍摄的桨根标记物图像进行校正,消除透视畸变;最后,对多个方位校正后的标记物图像,利用EDCircles算法检测与定位圆形标记点圆心,计算多个方位的桨根扭转角。(3)开展了直升机桨根扭转角测量系统验证实验。首先,为了验证本文校正方法的精度,开展了精度验证实验,对实验结果进行详细分析,验证了本文校正方法具有较高的精度;其次,为了验证本文测量系统的有效性,以单摄像机为例,开展了单摄像机单片吊扇扇叶模拟实验,详细分析实验结果,验证了本文测量系统的有效性;最后,针对单摄像机单片吊扇扇叶模拟实验中出现实验数据异常的现象,从桨根位置偏移与桨根挥舞两个因素,详细分析了影响本文校正方法精度的因素,并且对于异常数据给出了合理的解释,综上,本文测量系统满足测量需求与技术指标。
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