一种基于SFM算法的投放试验测量方法

发布时间：2021-03-27 13:18

　　在某些无法采用常规CTS试验方法确定投放物与载机能否安全脱离的试验要求下,就需要采用光学测量的方法进行自由投放试验获得投放物与载机的分离过程,以判断投放物是否能够与载机安全分离.本文采用了一种基于SFM（Structure From Motion）算法的高速视频测量方法,首先对模型表面标志点检测并匹配,进而采用三角测量原理计算出模型质心位置,实现了对自由投放亚音速风洞试验中模型下落轨迹的捕捉和计算过程. 

【文章来源】：微电子学与计算机. 2019,36(09)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图１试验模型计算约束示意图

２０１９年已知基线长度Ｂ和空间中的某一点Ｐ在左右图像中的呈现位置ｍ１和ｍＴ，那么该点的深度信心可以根据下式：Ｂ－（ｍｌ－ｍｒ）Ｚ－ｆ＝ＺＢ，Ｚ＝ｆ·Ｂｍｌ－ｍｒ（６）测量出该空间点深度信息．此时某一点Ｍ在左右图像中的呈现方程分别描述为ｍ１＝Ｐ１ｍ和ｍｒ＝Ｐｒｍ，将两个方程联立后采用极小二乘法求解即可得到该点在此双目测量系统坐标系下的三维空间坐标位置．三角测量示意双目坐标系示意图２双目测量原理示意图在高速摄影相机安装之后，我们采用张氏标定法来完成双目测量系统的标定工作［１０］，并且可以采用Ｒａｎｓａｃ［１１］方法求解除左右图像之间的投影矩阵Ｈ３×３，使得空间中的同一点分别在左图像中的成像位置ｍＬ（ｕ，ｖ）和右图像中的成像位置ｍＲ（ｕ，ｖ）满足以下关系：ｕＬｖＬ熿燀燄１燅＝Ｈ３×３·ｕＲｖＲ熿燀燄１燅这样就可以将同一时刻左右图像中检测到的标志点一一对应．试验中使用的标定模板及标定结果如图３所示．２．３二维试验模型图像特征提取为了捕获模型在０．８５马赫数下的高速运动过程，本文采用了Ｌｕｃａｓ－Ｋａｎａｄ［１２］光流法检测出模型图３双目标定结果表面的标志点，既克服试验段内存在着漫反射、散射等干扰，又能够准确地在图像中识别出模型表面标志点位置．在相邻两帧之间根据光流约束方程Ｉｘｕ＋Ｉｙ·ｖ＋Ｉｔ＝０，根据时空信息导数Ｉｘ和Ｉｙ计算水平方向的光流信息ｕ

在高速摄影相机安装之后，我们采用张氏标定法来完成双目测量系统的标定工作［１０］，并且可以采用Ｒａｎｓａｃ［１１］方法求解除左右图像之间的投影矩阵Ｈ３×３，使得空间中的同一点分别在左图像中的成像位置ｍＬ（ｕ，ｖ）和右图像中的成像位置ｍＲ（ｕ，ｖ）满足以下关系：ｕＬｖＬ熿燀燄１燅＝Ｈ３×３·ｕＲｖＲ熿燀燄１燅这样就可以将同一时刻左右图像中检测到的标志点一一对应．试验中使用的标定模板及标定结果如图３所示．２．３二维试验模型图像特征提取为了捕获模型在０．８５马赫数下的高速运动过程，本文采用了Ｌｕｃａｓ－Ｋａｎａｄ［１２］光流法检测出模型图３双目标定结果表面的标志点，既克服试验段内存在着漫反射、散射等干扰，又能够准确地在图像中识别出模型表面标志点位置．在相邻两帧之间根据光流约束方程Ｉｘｕ＋Ｉｙ·ｖ＋Ｉｔ＝０，根据时空信息导数Ｉｘ和Ｉｙ计算水平方向的光流信息ｕ和竖直方向的光流信息ｖ．根据Ｌｕｃａｓ－Ｋａｎａｄｅ算法思想，在ｔ时刻图像中的像素位置Ｐ，根据图像灰度梯度变化的一致性，在其相邻的连通区域内的所有像素ｑ１，ｑ２，ｑ３，…，ｑｎ满足以下方程关系：Ｉｘ（ｑ１）＋Ｉｙ（ｑ１）＋Ｉｔ（ｑ１）＝０Ｉｘ（ｑ２）＋Ｉｙ（ｑ２）＋Ｉｔ（ｑ２）＝０Ｉｘ（ｑ３）＋Ｉｙ（ｑ３）＋Ｉｔ（ｑ３）＝０?Ｉｘ（ｑｎ）＋Ｉｙ（ｑｎ）＋

【参考文献】：
期刊论文
[1]内埋武器高速投放风洞试验技术[J]. 薛飞,金鑫,王誉超,杨益农.  航空学报. 2017(01)
[2]风洞模型位移光学测量技术应用综述[J]. 周述光,温渝昌,金启刚.  实验流体力学. 2009(02)



本文编号：3103578