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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1、学校代码：10406分类号：P235.2学号：120081001001南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）基于双目视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量方法研究硕士研究生：熊奎导师：熊邦书教授申请学位级别：硕士学科、专业：通信与信息系统所在单位：信息工程学院答辩日期：2015-06授予学位单位：南昌航空大学ResearchonFlappingAngleMeasurementofHelicopterRotorBladeBasedonBinocularVisionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnCo

2、mmunicationandInformationSystembyXiongKuiUndertheSupervisionofProf.XiongBangshuSchoolofInformationEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015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

3、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

4、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

5、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2mm，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

6、，本文旋翼坐标系参数计算误差小于2mm，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IAbstractThechangesofflappingangle,swingangleandthetorsionangleformthehelicopterrotorbladedeformationparameters.Measuringthedeformationparametersofthebladewhentherotorbladeisrotatingcandeterm

7、inetherangeofthebladeandthetrajectoryofthebladetip,andprovideanimportantbasisforthedesigningoftherotorstructure,thehublimitblock,andtheadjustmentofthehelicopterrotorcommontaper.Therotorbladedeformationmeasurementisdirectlyrelatedtothehelicoptersafety,comfort,reliabilityandac

8、curacyoftheweaponssystem.Itisaimportantexaminationitemsofthehelicopterdevel