基于双目视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量方法研究

发布时间：2017-10-11 14:38

  本文关键词：基于双目视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量方法研究

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【摘要】：挥舞角与摆阵角、扭转角的变化共同组成直升机旋翼桨叶的变形参数。在旋翼桨叶运动过程中测量桨叶变形参数,可确定桨叶运动范围和桨尖运动轨迹,为旋翼结构设计、桨毂上下限动块设计、桨叶载荷设计、旋翼共锥度调整提供重要依据。旋翼桨叶变形参数测量直接关系到直升机的安全性、舒适性、可靠性和武器系统的准确性,是直升机研制、生产和使用维护中的重要检查项目。针对现有测量方法存在操作复杂,自动化程度和测量精度有待进一步提高的问题,本文在基于立体视觉测量方法的基础上,采用编码标记点方法和旋翼坐标系法,开展了直升机旋翼桨叶挥舞角测量方法研究,主要研究内容和成果如下:(1)建立了基于双目视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量系统。开展了测量系统的硬件和软件设计。硬件方面,分数据处理、双目视觉和触发信号控制等三个模块对主要设备进行了选型分析;首先,根据系统对数据处理效率及存储空间大小的要求,对PC机的选型进行了分析;其次,根据系统对双目视觉测量精度的要求,对摄像机和镜头的选型进行了分析;最后,根据双目视觉系统对触发信号的要求,对倍频器的设计进行了分析。软件方面,分图像采集、标记点三维坐标计算和挥舞角计算等三个模块,对软件各项功能进行了概要设计分析。系统实现了高速旋转桨叶的高清双目图像采集,构建了挥舞角测量方法实现框架。(2)研究并实现了基于双目视觉的标记点三维信息测量方法。首先,利用OpenCV技术,实现了双目摄像机的标定以及旋翼桨叶图像的校正;其次,研究了环状人工编码标记点的原理,采用大津法、形态学滤波、形状因子法、椭圆拟合等方法,实现了编码标记点的自动检测,并根据码值相等的原则实现了标记点的自动匹配;最后,根据标记点匹配结果,利用重投影方程实现了标记点三维信息的测量。实验结果表明,本文采用的摄像机标定算法误差小于0.37像素,标记点三维信息的测量误差小于2 mm,实现了标记点三维信息自动化、高精度测量。(3)研究并实现了直升机旋翼桨叶挥舞角的测量。首先,研究了直升机旋翼桨叶挥舞角的定义及其测量方法;其次,根据旋翼坐标系的定义,通过计算标记点三维坐标,建立了旋翼坐标系,并将标记点的三维信息从摄像机坐标系转换到旋翼坐标系;最后,在旋翼坐标系下,实现了旋翼桨叶挥舞角的计算。通过仿真实验证明,本文旋翼坐标系参数计算误差小于2 mm,计算得到的挥舞角大小稳定,可以满足直升机旋翼桨叶挥舞角测量的要求。
【关键词】：双目视觉 旋翼桨叶 编码标记点 旋翼坐标系 挥舞角测量
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1;TP391.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.2.1 直升机旋翼桨叶变形参数测量方法研究现状9-10
• 1.2.2 立体视觉技术研究现状10
• 1.3 本文主要研究内容和技术路线10-13
• 1.3.1 本文主要研究内容10-11
• 1.3.2 技术路线11-13
• 第2章 直升机旋翼桨叶挥舞角测量系统设计13-25
• 2.1 概述13-14
• 2.2 硬件子系统设计14-19
• 2.2.1 硬件子系统组成14
• 2.2.2 主要器件技术指标和选型14-19
• 2.3 软件子系统设计19-24
• 2.3.1 软件子系统组成19-20
• 2.3.2 主要功能模块设计20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 基于双目视觉的标记点三维信息测量25-46
• 3.1 概述25-26
• 3.2 双目视觉标定及校正26-32
• 3.2.1 双目视觉标定原理26-29
• 3.2.2 标定图像采集29-30
• 3.2.3 标定模板图像的角点检测30-31
• 3.2.4 标记点图像的标定及校正31-32
• 3.3 编码标记点检测及匹配32-37
• 3.3.1 人工编码标记点原理32-33
• 3.3.2 编码标记点检测33-37
• 3.3.3 编码标记点匹配37
• 3.4 标记点三维信息测量37-39
• 3.4.1 标记点图像采集38
• 3.4.2 标记点三维信息计算38-39
• 3.5 实验及结果分析39-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 直升机旋翼桨叶挥舞角测量方法46-62
• 4.1 概述46-47
• 4.2 旋翼坐标系建立47-55
• 4.2.1 标记点三维坐标获取48-49
• 4.2.2 坐标轴矢量计算49-53
• 4.2.3 坐标系原点计算53-54
• 4.2.4 坐标系转换54-55
• 4.3 挥舞角测量55-57
• 4.3.1 挥舞角测量原理56
• 4.3.2 挥舞角测量步骤56-57
• 4.4 实验及结果分析57-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 研究工作总结62-63
• 5.2 研究工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目和研究成果68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张修军,郭霞,金心宇;带标记矫正的二值图象连通域像素标记算法[J];中国图象图形学报;2003年02期

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本文编号：1013082