CN104482873B - 临近空间气球变形测量方法 - Google Patents

Abstract

一种临近空间气球变形测量方法，属于临近空间气球技术领域，解决了针对大型柔性充气结构变形测试，传统的接触式测试方法效率低、费用高和测试结果误差较大甚至不可信的问题，它包括图像采集和图像分析，所述图像采集包括：在气球表面布设多个标志点；在气球下方设置多台数码相机，每台数码相机周围设置环形闪光灯；在气球上升过程中或在临近空间停留过程中，利用自动控制系统使多台数码相机同步对气球进行定时拍照并将照片保存；所述图像分析包括：将五台数码相机所拍的照片通过摄影测量数据处理系统进行图像计算处理，获得气球的形变结果。本发明用于测量临近空间气球变形。

Description

临近空间气球变形测量方法

技术领域

本发明属于临近空间气球技术领域，具体涉及临近空间气球变形测量方法。

背景技术

近年来，随着各种临近空间飞行器的不断发展，对气球等大型柔性充气结构变形测试方法的研究已经成为一个研究热点，因为大型柔性充气结构在不同温度和气压等条件下变形量较大，掌握大型柔性充气结构在不同温度和气压等条件下的变形规律，是发展大型柔性充气结构的基础。针对大型柔性充气结构，传统的接触式测试方法效率低，单次的接触式测试可能耗费数小时甚至数天时间，并需要大量设置传感器，使测试费用大幅度增加；接触式的测试还会造成大型柔性充气结构表面特性的改变，导致测试结果误差较大甚至不可信。

发明内容

本发明的目的是为了解决针对大型柔性充气结构变形测试，传统的接触式测试方法效率低、费用高和测试结果误差较大甚至不可信的问题，提供了一种非接触式临近空间气球变形测量方法，其技术方案如下：

一种临近空间气球变形测量方法，它包括图像采集和图像分析，所述图像采集包括：在气球表面布设多个标志点；在气球下方设置多台数码相机，每台数码相机周围设置环形闪光灯；在气球正下方位置设置一台数码相机A，其它数码相机环绕数码相机A设置，其它数码相机采集的图像都与数码相机A有重叠区域，在重叠区域内设置有编码标志点；在气球上升过程中或在临近空间停留过程中，利用自动控制系统使多台数码相机同步对气球进行定时拍照并将照片保存；所述图像分析包括：将五台数码相机所拍的照片通过摄影测量数据处理系统进行图像计算处理，获得气球的形变结果。

本发明的有益效果为：本发明是一种基于数字摄影测量技术的非接触式的三维高精度测试方法，通过五个相机从不同方向拍摄气球的两幅或两幅以上的二维图像，将图像导入数字图像软件处理，计算出气球的三维曲面轮廓，完成结构的三维构型和准静态变形测试，利用基于数字相机的非接触数字摄影测量技术具有测试精度高、测试可操作性强、测试速度快等优点，而且不易受周边环境影响，较为适合临近空间飞行器的静态变形测试及大尺度空间结构的动态变形测量。

附图说明：

图1是本发明的图像采集示意图；

图2是本发明的数码相机采集图像区域示意图。

具体实施方式：

参照图1和图2，一种临近空间气球变形测量方法，它包括图像采集和图像分析，所述图像采集包括：在气球1表面布设多个标志点2；在气球1下方设置多台数码相机3，每台数码相机3周围设置环形闪光灯；在气球1正下方位置设置一台数码相机3A，其它数码相机3环绕数码相机3A设置，其它数码相机3采集的图像都与数码相机3A有重叠区域，在重叠区域内设置有编码标志点2-1；在气球1上升过程中或在临近空间停留过程中，利用自动控制系统使多台数码相机3同步对气球1进行定时拍照并将照片保存；所述图像分析包括：将多台数码相机3所拍的照片通过摄影测量数据处理系统进行图像计算处理，获得气球1的形变结果。

回光反射标志点在闪光灯下可以获得更清晰的图像，所以标志点2和编码标志点2-1采用回光反射标志点。

对于浮空状态的高空气球1，受高低温膨胀变形的影响，粘贴式标志点有可能会经历一段时间后发生脱落。因此，所述标志点2和编码标志点2-1采用回光反射涂料直接涂覆在气球1表面，这样既可以减轻标志点的重量，又可以防止标志点脱落。

考虑到气球1有限的有效载荷，在满足测量精度的前提下，用最少的相机数量测量气球1囊体的变形情况，所以在气球1下方设置五台数码相机3，在气球1正下方位置设置一台数码相机3A，环绕数码相机3A分别设置数码相机3B、C、D和E，数码相机3A采集气球1底面的中心图像，数码相机3B、C、D和E分别采集球底面四边的图像，数码相机3B、C、D和E采集的图像都与数码相机3A有重叠区域，在重叠区域内设置有编码标志点2-1，使用编码标志点2-1的目的是实现五台数码相机3所拍摄的气球1照片的拼接测量，在这些重叠区域内布置编码标志点2-1，每个编码标志点2-1上有八个小单点，它们按照一定编码规则排列，通过算法识别，便可以将五台相机独立采集的标志点2整合在一起。

数码相机3与气球1的距离大于或等于气球1直径的二分之一，小于或等于气球1的直径；数码相机3的配置参数为：分辩率800万像素，像元尺寸7.4μm ,CCD尺寸36mm×24mm，镜头焦距30mm，视声角62°×43.6°；数码相机3的外测装有温度防护装置。

为了尽可能的测量气球1囊体较大面积的变形情况，在气球1下方吊装两个正交的刚性桁架4，在刚性桁架4的交叉点布置数码相机3A，在每个刚性桁架4的两端分别设置数码相机3B、C、D和E。

可以在刚性桁架4下方设置吊篮5，将图像采集和图像分析仪器安装在吊篮5中，所有的拍摄、图像传输以及图像处理都自动在线完成；也可以将图像分析仪器设置在地面，将照片经无线传输回地面或回收气球1后进行图像分析；摄影测量数据处理系统包括图像处理软件和误差分析软件，图像处理软件进行编码标志点2-1识别与匹配，误差分析软件进行球面拟合与比对，获得气球1的形变结果，并将该结果保存在处理系统内部。

Claims (6)

1.一种临近空间气球变形测量方法，其特征在于它包括图像采集和图像分析，所述图像采集包括：在气球(1)表面布设多个标志点(2)；在气球(1)下方设置多台数码相机(3)，每台数码相机(3)周围设置环形闪光灯；在气球(1)正下方位置设置一台数码相机(3)A，其它数码相机(3)环绕数码相机(3)A设置，其它数码相机(3)采集的图像都与数码相机(3)A有重叠区域，在重叠区域内设置有编码标志点(2-1)；在气球(1)上升过程中或在临近空间停留过程中，利用自动控制系统使多台数码相机(3)同步对气球(1)进行定时拍照并将照片保存；所述图像分析包括：将多台数码相机(3)所拍的照片通过摄影测量数据处理系统进行图像计算处理，获得气球(1)的形变结果；

在气球(1)下方吊装两个正交的刚性桁架(4)，在刚性桁架(4)的交叉点布置数码相机(3)A，在每个刚性桁架(4)的两端分别设置数码相机(3)B、C、D和E。

2.如权利要求1所述一种临近空间气球变形测量方法，其特征在于标志点(2)和编码标志点(2-1)采用回光反射标志点。

3.如权利要求1所述一种临近空间气球变形测量方法，其特征在于所述标志点(2)和编码标志点(2-1)采用回光反射涂料直接涂覆在气球(1)表面。

4.如权利要求1所述一种临近空间气球变形测量方法，其特征在于在气球(1)下方设置五台数码相机(3)，在气球(1)正下方位置设置一台数码相机(3)A，环绕数码相机(3)A分别设置数码相机(3)B、C、D和E，数码相机(3)A采集气球(1)底面的中心图像，数码相机(3)B、C、D和E分别采集球底面四边的图像，数码相机(3)B、C、D和E采集的图像都与数码相机(3)A有重叠区域，在重叠区域内设置有编码标志点(2-1)。

5.如权利要求1所述一种临近空间气球变形测量方法，其特征在于数码相机(3)与气球(1)的距离大于或等于气球(1)直径的二分之一，小于或等于气球(1)的直径；数码相机(3)的配置参数为：分辩率800万像素，像元尺寸7.4μm ,CCD尺寸36mm×24mm，镜头焦距30mm，视声角62°×43.6°；数码相机3的外测装有温度防护装置。

6.如权利要求1所述一种临近空间气球变形测量方法，其特征在于在刚性桁架(4)下方设置吊篮(5)，将图像采集和图像分析仪器安装在吊篮(5)中，所有的拍摄、图像传输以及图像处理都自动在线完成；或将图像分析仪器设置在地面，将照片经无线传输回地面或回收气球(1)后进行图像分析；摄影测量数据处理系统包括图像处理软件和误差分析软件，图像处理软件进行编码标志点(2-1)识别与匹配，误差分析软件进行球面拟合与比对，获得气球(1)的形变结果，并将该结果保存在处理系统内部。