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1、国防科技大学学报第30卷第2期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.30No.22008文章编号:1001-2486(2008)02-0107-05*一种基于双目视觉原理的飞机尾旋运动姿态测量方法李沛,罗武胜,李冠章(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073)摘要:针对飞机尾旋运动研究中的姿态测量问题,提出一种基于双目立体视差原理的测量方法。通过两部相机拍摄图像的视差,恢复模型表面特征空间三维信息,由表面特征计算模型运动姿态。设计了一组有特定形状和严格尺寸的人工特征,具有识别正确率高、定位精确等特点。提供
2、人工特征的设计方法。最后,分别给出旋转天平实验和风洞实验的实测数据,实测结果表明该方法测量准确,鲁棒性好,在立式风洞飞机模型尾旋运动测量的应用中十分有效。关键词:飞机模型;尾旋;立体视觉;人工特征中图分类号:V2111752文献标识码:ASpinAttitudeMeasureBasedonStereoVisionLIPei,LUOWu-sheng,LIGuan-zhang(CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstr
3、act:Tomeasuretheaircraftmodelattitudeinthespintime,amethodbasedonstereovisionispresented.Wegettheattitudesfromasetofman-madesignsonthesurfaceofthemodel.Fromapairoffiguresofthesigns,theirdisparitiesarecomputedout.Thedesignofthesignsandthecomputationoftheattitudesarepresentedinthispaper.Theman-
4、madesignshavegoodidentifiabilityandtheanchorpointsareaccurate.Finally,thedataofexperimentstodeterminetheaircraftmodelattitudeareprovided.Throughtheexperiments,itcanbeconcludedthattheprocessofthecomputingissatisfactory,achievinghighrobustness.Themeasurementshowsthatthemethoddiscussedisusefulfo
5、rtheexperimentsintheverticalwindtunnel.Keywords:aircraftmodel;spin;stereovision;manmadesigns[1]尾旋是飞机在超过临界迎角后质心沿陡的螺旋线航迹急剧下降的自发运动,极易造成飞机的坠毁,目前尚无法保证飞机不会意外进入尾旋。专门用于尾旋试验的风洞通常以立式风洞为主。在试验中,使风洞试验段上升气流的/浮力0恰好平衡模型的重力,模型能够/悬浮0在试验段自由运动,以便试[1]验人员仔细观测尾旋运动状态以及改出情况。传统的尾旋运动姿态测量方式是采用高速摄像机将运动过程拍摄下来,然后对胶片投影和可改变姿
6、态的小模型进行人工投影比对,最后通过小模型进行姿态判读。人工判读比较耗时,通常一次试验的资料需要一周的时间进行处理。这种方法目前在俄罗斯等一些国家仍有使用。本文提出一种基于计算机双目视觉原理的飞机尾旋测量方法,由双目图像直接恢复三维信息,测量过程中无需其他参照物。目前,双目视觉三维测量被应用于许多领域。应用中最大难题之一是立体匹配问题。立体匹配是[7]重建过程的基础,也是最困难、应用最复杂的问题之一。尽管在过去的20多年里,许多方法都被用来解决匹配问题,但大多数方法无法实现,难于执行,且通用性低。早期的匹配方法是对边缘线、角点等图像特征进行人工匹配的过程。后来基于特征的匹配常常通
7、过对图像特征进行编码等方法标识后通过计算机实现自动匹配。目前最常见的立体匹配方法是使用相关函数,用一定大小的窗口对待匹配图像进行搜索,相关度最高的像素成为匹配像素。这些方法都是建立在图像对具有高度相似性的基础上。但是尾旋试验模型运动的区域较大,测量相机必须要有较大交叉视场,致使图像对的相似性大大地*收稿日期:2007-09-05基金项目:国家部委资助项目作者简介:李沛(1978)),女,博士生。108国防科技大学学报2008年第2期降低。为实现精确的匹配,我们设计了一组高效的人工
