本文關(guān)鍵詞：基于立體視覺的全視場風(fēng)洞尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 尾旋 編碼標(biāo)記 雙目立體視覺系統(tǒng) 全視場 運動姿態(tài) 風(fēng)洞實驗

【摘要】：尾旋運動是飛機(jī)一種非正常的極限飛行狀態(tài),復(fù)雜并且危險,極易造成飛行事故。開展立式風(fēng)洞實驗是研究尾旋現(xiàn)象的主要技術(shù)手段,目前我國自主建設(shè)的立式風(fēng)洞已投入使用,但傳統(tǒng)的尾旋姿態(tài)測量方法仍存在測量精度較差,數(shù)據(jù)曲線不完整,并且無法針對所有型號飛機(jī)均適用的缺陷,難以滿足空氣動力學(xué)對尾旋現(xiàn)象分析研究的需求。因此,研究新型風(fēng)洞尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng)具有重要的理論及工程應(yīng)用價值。本文針對傳統(tǒng)測量方法中存在的問題,設(shè)計了基于立體視覺的全視場風(fēng)洞尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng),并圍繞尾旋運動姿態(tài)測量中的標(biāo)記識別、三維重建和姿態(tài)解算的關(guān)鍵技術(shù)展開了研究,最終研發(fā)了一套針對不同型號飛機(jī)均適用的尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容包括:(1)提出了一種基于兩組雙目立體視覺系統(tǒng)的全視場測量方案。針對復(fù)雜背景下圖像識別、匹配難度大的特點,提出了采用8位編碼標(biāo)記作為人工特征點的方法。并且為了獲取更加完整有效的實驗數(shù)據(jù),根據(jù)風(fēng)洞現(xiàn)場工況,采用兩組雙目立體視覺系統(tǒng),使其共用同一個測量坐標(biāo)系,形成全視場互補(bǔ)測量方案,有效解決了測量視角不佳、標(biāo)記被遮擋和相機(jī)視場盲區(qū)的問題,提高了實驗數(shù)據(jù)完整性。(2)針對姿態(tài)計算需要特征點三維數(shù)據(jù)的問題,采用了雙目立體視覺技術(shù)測量編碼標(biāo)記在風(fēng)洞坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo),在風(fēng)洞大視場中實現(xiàn)了基于移動平板靶標(biāo)的雙目立體視覺系統(tǒng)標(biāo)定,并通過實驗研究了標(biāo)定圖像數(shù)量與三維重建精度之間的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)標(biāo)定圖像少于10對的時候,三維重建精度隨著圖像數(shù)量的增多而提高,當(dāng)標(biāo)定圖像數(shù)量多于11對時,其結(jié)果趨于穩(wěn)定。(3)針對復(fù)雜外形飛機(jī)模型姿態(tài)難以測量的問題,提出了一種新型姿態(tài)參數(shù)解算方法,該方法與被測物外形無關(guān),可將人工標(biāo)記粘貼在模型表面任意位置,通過三個標(biāo)記分別在體軸系和風(fēng)軸系中的坐標(biāo)值建立兩個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并將體軸系中的模型軸線向量轉(zhuǎn)換到風(fēng)軸系下,進(jìn)而解算待測模型的運動姿態(tài)參數(shù)。最后針對設(shè)計方案實現(xiàn)了整套測量系統(tǒng),通過實驗結(jié)果表明,測量精度優(yōu)于1°,圖像利用率達(dá)到了95%。精度和有效性均達(dá)到了設(shè)計要求,相對于傳統(tǒng)方法有了較大改善,并成功在風(fēng)洞中投入使用,實現(xiàn)了多種類型尾旋實驗的姿態(tài)測量。
【關(guān)鍵詞】：尾旋 編碼標(biāo)記 雙目立體視覺系統(tǒng) 全視場 運動姿態(tài) 風(fēng)洞實驗
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V211.74;TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題的提出及研究意義12-13
• 1.4 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排13-15
• 2 測量系統(tǒng)總體設(shè)計方案15-23
• 2.1 傳統(tǒng)測量技術(shù)中存在的問題分析15-16
• 2.2 基于立體視覺的全視場尾旋測量系統(tǒng)總體設(shè)計方案16-19
• 2.2.1 編碼標(biāo)記識別技術(shù)17
• 2.2.2 大視場雙目立體視覺技術(shù)17
• 2.2.3 基于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的姿態(tài)角解算技術(shù)17-18
• 2.2.4 基于兩組雙目立體視覺系統(tǒng)的全視場測量技術(shù)18-19
• 2.3 測量系統(tǒng)硬件選型19-22
• 2.3.1 CCD相機(jī)與鏡頭19-20
• 2.3.2 基于PXI總線的測量系統(tǒng)20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 編碼標(biāo)記檢測算法設(shè)計23-37
• 3.1 編碼標(biāo)記檢測算法23-24
• 3.2 基于OTSU算法的圖像二值化24-25
• 3.3 基于CANNY算子的邊緣檢測25-26
• 3.4 基于二次曲線的圓心定位26-31
• 3.4.1 圓心定位算法26-29
• 3.4.2 圓心定位實驗29-31
• 3.5 標(biāo)記編碼與解碼規(guī)則31-35
• 3.5.1 編碼與解碼規(guī)則31-33
• 3.5.2 編碼標(biāo)記檢測實驗33-35
• 3.6 本章小結(jié)35-37
• 4 大視場立體視覺技術(shù)37-51
• 4.1 投影變換坐標(biāo)系37-38
• 4.2 鏡頭畸變矯正模型38-39
• 4.3 雙目立體視覺系統(tǒng)標(biāo)定39-44
• 4.3.1 單目相機(jī)標(biāo)定40-43
• 4.3.2 雙目相機(jī)標(biāo)定43-44
• 4.4 立體匹配與三維重建44-46
• 4.5 大視場標(biāo)定及三維重建實驗46-49
• 4.6 本章小結(jié)49-51
• 5 飛機(jī)尾旋姿態(tài)參數(shù)計算方法51-57
• 5.1 尾旋姿態(tài)角定義51
• 5.2 尾旋姿態(tài)角計算方法51-53
• 5.3 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)計算方法53-55
• 5.3.1 旋轉(zhuǎn)矩陣計算方法54-55
• 5.3.2 平移向量計算方法55
• 5.4 本章小結(jié)55-57
• 6 全視場測量系統(tǒng)實現(xiàn)與風(fēng)洞實驗驗證57-79
• 6.1 軟件功能模塊組成57-63
• 6.1.1 相機(jī)控制軟件58-59
• 6.1.2 圖像采集軟件59-60
• 6.1.3 相機(jī)標(biāo)定軟件60-61
• 6.1.4 姿態(tài)解算軟件61-63
• 6.2 測量系統(tǒng)精度考核63-66
• 6.2.1 模型飛機(jī)上編碼標(biāo)記的位置63-64
• 6.2.2 調(diào)試內(nèi)容64
• 6.2.3 數(shù)據(jù)與誤差分析64-66
• 6.3 風(fēng)洞尾旋實驗66-78
• 6.3.1 實驗環(huán)境及內(nèi)容66-67
• 6.3.2 相機(jī)在風(fēng)洞中的安裝方案67-69
• 6.3.3 風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)69-78
• 6.4 本章小結(jié)78-79
• 7 結(jié)論與展望79-81
• 7.1 結(jié)論79
• 7.2 展望79-81
• 致謝81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 附錄87
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的項目87

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：862777