基于双目视觉的直升机旋翼桨叶共锥度检测方法研究

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旋翼桨叶共锥度是反映直升机旋翼系统工作状态的参数,该参数如果异常,将直接影响直升机的飞行性能,给飞行造成一定的安全隐患,因此,高效、精确的检测旋翼桨叶共锥度对保障直升机的飞行安全具有重要意义。本文在航空科学基金、江西省高等学校科技落地计划项目和研究生创新基金的资助下,采用双目视觉技术和图像处理技术,对直升机旋翼桨叶共锥度检测方法展开了深入研究,主要工作内容和研究成果如下:(1)构建了基于双目视觉的直升机旋翼桨叶共锥度检测硬件系统。首先,对整个系统的性能指标进行分析,根据要求选择摄像机和镜头、选取同步方式、构建网络环境;然后,利用选择的摄像机、镜头、同步盒和三脚架等构建双目视觉系统;最后,利用双目视觉系统、千兆网卡、闪光灯和角度传感器等构建整个硬件系统。(2)实现了基于OpenCV的双目视觉系统标定及立体校正。考虑到旋翼桨叶共锥度检测对精度的要求,首先采用张正友提出的基于棋盘格平面的标定方法对双目视觉系统进行标定;然后,采用Bouguet算法进行立体校正,使两摄像机图像平面准确共面且行对准,并计算出二维图像点重投影到三维中的重投影矩阵。双目视觉系统标定及立体校正的实验结果表明,标定方法操作简单,且误差小于0.1个像素,立体校正效果也较好,能够满足后续共锥度检测的要求。(3)提出了基于双目视觉的直升机旋翼桨叶共锥度检测方法。该方法通过测量粘贴在不同桨叶桨尖处编码标记点的三维坐标信息,实现旋翼桨叶共锥度的检测。首先,采用Bouguet校正算法对采集的桨叶图像进行校正,使左右图像行对准;其次,采用最大类间方差法和形态学滤波对图像进行预处理;再次,结合标记点的几何特征,采用连通区域标记、Canny边缘检测算子、最小二乘圆拟合等方法对标记点进行检测,精确确定标记点中心圆图像坐标及半径;然后,采用扫描法对标记点进行解码及匹配,得到标记点在左右图像中的视差;最后,利用视差原理计算出标记点的三维坐标信息,并对旋翼桨叶共锥度进行分析。通过对安装在旋翼塔上的真实桨叶进行多次检测实验,结果表明本文共锥度检测方法的误差小于3.4mm,能够满足旋翼桨叶共锥度检测对精度的要求。
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