基于彩色编码的副油箱风洞模型位姿测量方法

《基于彩色编码的副油箱风洞模型位姿测量方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252015Vol36No．51556—1563ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于彩色编码的副油箱风洞模型位姿测量方法刘巍*，尚志亮，马鑫，张洋，李肖，贾振元大连理工大学机械工程学院，大连116033摘要：高速飞行器副油箱分离位姿参数是飞行器以及副油箱设计的重要基础数据。位姿参数测量工作多在高度模拟飞行器飞行状态的风洞环境下进行，对缩比模型实施高速非接触测量。受风洞试验段观察视窗限制以及副油箱

2、模型形状影响，副油箱模型位姿测量十分困难。首先针对风洞观察视窗以及风洞复杂环境对图像采集效果的影响，提出了基于白发光单元的副油箱运动序列图像采集方法，采用双目视觉系统高速采集获得目标物的清晰序列图像；其次，提出基于环绕式彩色编码的自发光标记点匹配方法，实现风洞复杂环境内标记点的高精度匹配；最后，根据副油箱表面合作标记点的三维坐标获取副油箱模型的位姿信息。试验结果表明；所提出的位姿测量方法满足测量要求，其最大位移误差不超过0．102mm、最大角度误差不超过0．201。。关键词：双目视觉；副油箱；彩色编码；位姿测量；风洞中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：i00

3、0—6893(2015)05—1556—08近年来随着国家航空科技不断进步，超高速飞行器逐渐成为国家航空领域的研究重点，而副油箱是提高飞行器续航能力的重要保障，所以超高速飞行器副油箱安全分离是目前高速飞行器研发的一个重要部分口]。由于副油箱在飞行器高速飞行过程中分离，其在高速气流影响下极易与飞行器发生碰撞，危及飞行器安全，因此对副油箱进行高速位姿测量是保证飞行器安全以及指导飞行器与副油箱设计的重要环节。目前副油箱高速位姿测量主要利用缩比模型在风洞中进行，由于风洞试验环境复杂、缩比模型体积小、飞行时间短等问题，导致副油箱模型高速位姿测量困难。机器视觉作为一种非接触、大视场

4、、高精度测量手段被广泛应用于复杂环境下运动物体高速位姿测量领域[2。5]。副油箱模型的高速位姿测量方法的研究对中国飞行器设计制造具有重要的意义。风洞视觉测量技术已引起国内外学者的广泛关注。自2000年以来，美国国家航空航天局(NASA)Langley研究中心对风洞视觉测量进行了大量研究，提出了采用反光标记点配合外置光源进行图像采集的视觉形变技术(VMD)[6。7]，并开发了利用模型表面安装红外波段光源的图像采集方法[8]，此两种方法均根据标记点间的相对关系进行标记点后续处理。针对风洞视觉测量，加拿大NDI公司也生产出Optotrak测量系统，利用三线阵电荷耦合相机(CC

5、D)构成两个独立的平面直角坐标系，合成为三维直角测量空间，用于采集布置于被测物表面的带有外接电源的近红外Marker点图像，利用系统控制单元(SCU)处理数据，得出Marker点的空间三维坐标[9。12

6、。中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室利用VMD技术首次建立2．4m跨声速风洞的收稿日期：2014—05—20；退修日期：2014．08—08；录用日期：2014—08—29；网络出版时间：2014—09—0111：52网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／10．7527／$1000—689320140202．html基金项目：国家

7、自然科学基金(51375075)；国家自然科学基金创新研究群体科学基金(51321004)*通讯作者．Tel：0411-84708159E-mail：1w2007@dluteducn引用榕武iL{uW，ShangZL。MaXtetal．Positionandattitudemeasuringmethodofauxiliaryfueltankbasedoncolor-codinginwindtunneliJ]，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015，36(5)：1556—1563．柏巍．尚志亮．马鑫，等。基于彩色编码的蓟油箱风溺模

8、型位姿漉量方法!Jj航空学报，2015，36(5)：1556．1563。刘巍等：基于彩色编码的副油箱风洞模型位姿测量方法模型位移视频测量系统，进一步减小了动态测量误差[13【。中国空气动力研究与发展中心孙岩等利用机器视觉配合标记点在风洞中测量模型迎角，取得了较好的效果[14

9、。哈尔滨工业大学陈杰春也提出了一种利用三标记点的双目视觉位姿测量方法，利用三标记点空间坐标求解目标物在风洞中的位姿参数[15

10、。对于本文特殊试验环境以及副油箱模型气动外形，在存在观察窗反光的近景测量环境下，VMD技术的反光标记点很难获得较高的图像采集质量；红外标记点、