CN109360241B - 单相机测量三维起落架机轮中心位移方法 - Google Patents

单相机测量三维起落架机轮中心位移方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109360241B
CN109360241B CN201811205762.XA CN201811205762A CN109360241B CN 109360241 B CN109360241 B CN 109360241B CN 201811205762 A CN201811205762 A CN 201811205762A CN 109360241 B CN109360241 B CN 109360241B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
displacement
mark
camera
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811205762.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109360241A (zh
Inventor
胡豪
王华平
孙福强
黄怀英
刘征
刘庆彬
熊俊涛
刘群根
黄鹏
田占宝
王英
王永昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co Ltd
Original Assignee
Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co Ltd filed Critical Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co Ltd
Priority to CN201811205762.XA priority Critical patent/CN109360241B/zh
Publication of CN109360241A publication Critical patent/CN109360241A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109360241B publication Critical patent/CN109360241B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，首先标定相机的内参数，在安装高速摄影机，并对准标记面，捕获机轮运动图像；而后在一个标记板安装多个标记，轮心标记用于测量机轮中心位移，其它为辅助标记，根据已知点之间的距离和计算的不同点之间的距离建立目标优化函数，利用公式迭代求解；若无法直接拍摄到轮心标记，要求轮心标记和辅助标记不共面，先根据辅助标记建立优化目标函数求解出辅助标记点的坐标，再根据轮心标记和辅助标记之间的距离建立优化目标函数，再一次使用Levenberg‑Marquardt公式迭代求解出轮心标记的位移，最终通过求解方程组和坐标变换得到“外八字式”起落架在落震试验中的机轮中心位移。

Description

单相机测量三维起落架机轮中心位移方法
技术领域
本发明涉及位移测量技术领域，尤其涉及一种单相机测量三维起落架机轮中心位移方法。
背景技术
在落震试验中，机轮中心处位移往往不是单一平面内的位移，而是立体空间上的位移，三维起落架(又称“外八字式”起落架)尤其明显，机轮有明显的展向位移，这给机轮中心位移测量带来了一定困难。
现有测试手段，比如光幕测试方法，在测量三维起落架的机轮中心位移时存在缺陷：光幕传感器一般只能测试单方向位移，比如轮胎压缩量，且在光幕传感器测量过程中，挡光杆通常安装在机轮轮毂中心，由于落震试验过程中轮毂会有绕着航向的转动和沿着展向的位移，因此如果挡光杆过长将造成测试误差较大，如果挡光杆过短轮毂易碰到光幕传感器，故采用光幕传感器测量三维起落架落震试验中机轮中心沿竖直方向位移(即轮胎压缩量)时会造成较大误差。使用2台高速摄影机可有效测量机轮中心位移，但是成本也相对较高。中国专利ZL201010184619.4公开一种单相机测量物体三维位置与姿态的方法，该方法每一张照片和第一张照片之间的平移矩阵和旋转矩阵，计算量较大，这也造成了实施不便；中国专利ZL201610038589.3公开一种单相机双目视觉传感器及其调试方法，该方法安装复杂不适合落震试验中机轮中心位移的测量；中国专利ZL201610707025.4公开一种基于单相片的三维坐标测量方法及装置，由于测量过程中需要测量笔，因此不适合起落架落震试验中机轮中心位移的测量。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，具体步骤如下：
1)首先标定相机的内参数，如标定光心等；
2)安装高速摄影机，并对准标记面，捕获机轮运动图像；
3)在标识板上安装有多个标记，轮心标记用于测量机轮中心位移，其它为辅助标记；并将该标识板安装在起落架的机轮轴上，轮心标记的圆心和机轮轴线同轴；
轮心标记与辅助标记分别为点A1，…，An，世界坐标系为oxyz，相机坐标系为o′x′y′z′，点A1，…，An在相机中的像点分别为点A1′，…，An′，于是在相机坐标系中有单位矢量：
Figure BDA0001831146430000021
同理，对点A2，…，An可得到单位矢量n2，…，nn，由于A1，…，An是标识板上的已知点，那么A1，…，An之间的实际距离已知，于是得到
Figure BDA0001831146430000022
其中，lij为点Ai和点Aj之间的距离，λi为是待求的未知量，方程(2)的第三式中一共有
Figure BDA0001831146430000031
个方程，n个未知量；
假定点Ai和点Aj之间的真实距离为
Figure BDA0001831146430000032
于是采用如下目标优化函数：
mins(λ)＝min||f(λ)||2 (3)
其中，
Figure BDA0001831146430000033
再假定
Figure BDA0001831146430000034
是列满秩，于是迭代格式为
Figure BDA0001831146430000035
上式称为Gauss-Newton公式，对于
Figure BDA0001831146430000036
不是列满秩，使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解：
Figure BDA0001831146430000037
其中，I为单位矩阵，μ是一个自适应的正数，求出λ之后，在相机坐标系下轮心标记的坐标是：
Figure BDA0001831146430000038
于是求得机轮中心点在相机坐标系下的位移；
若无法直接拍摄到机轮中心的标记点，如同前述的方法首先求出辅助标记点的坐标(大于等于3个，且任何3个点都不共线)，设在相机坐标下轮心标记的坐标为p＝(Px，Py，Pz)，此时轮心标记和辅助标记点不共面，建立目标优化函数：
mins(p)＝min||f(p)||2 (7)
其中，
Figure BDA0001831146430000039
再一次使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解，即可以求解出轮心标记的坐标p；
经过坐标变换，可得在世界坐标系下的机轮中心位移。
有益效果：本发明避免在三维起落架落震试验机轮中心位移测量中，光幕传感器一般只能测量单方向位移且测量误差较大，二台摄像机测量成本较高等不利情况；且不需要计算下一张照片和第一张照片之间的平移矩阵和旋转矩阵，简化了机轮中心位移的计算过程，根据已知点之间的距离和计算的不同点之间的距离建立目标优化函数，使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解；若无法直接拍摄到轮心标记，要求轮心标记和辅助标记不共面，先根据辅助标记(至少3个且不共线)建立优化目标函数求解出辅助标记点的坐标，再根据轮心标记和辅助标记之间的距离建立优化目标函数，再一次使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解出轮心标记的位移，最终通过求解方程组和坐标变换得到“外八字式”起落架在落震试验中的机轮中心位移。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例中安装在机轮中心的识别标识示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，具体步骤如下：
1)首先标定相机的内参数，如标定光心等；
2)安装高速摄影机，并对准标记面，捕获机轮运动图像；
3)在一个轻质的圆板1上安装多个标记，如图1所示，附图中标记是实施的一种情况，轮心标记2用于测量机轮中心位移，其它为辅助标记；将该圆板1安装在起落架的机轮轴上，轮心标记2的圆心与机轮轴线同轴；
记轮心标记2，辅助标记3，…，辅助标记n，辅助标记n+1，分别为点A1，…，An，世界坐标系为oxyz，相机坐标系为o′x′y′z′，点A1，…，An在相机中的像点分别为点A1′，…，An′，于是在相机坐标系中有单位矢量：
Figure BDA0001831146430000051
同理，对点A2，…，An可得到单位矢量n2，…，nn，由于A1，…，An是圆板1上的已知点，那么A1，…，An之间的实际距离已知，于是得到
Figure BDA0001831146430000052
其中，lij为点Ai和点Aj之间的距离，λi为是待求的未知量，方程(2)的第三式中一共有
Figure BDA0001831146430000053
个方程，n个未知量；
假定点Ai和点Aj之间的真实距离为
Figure BDA0001831146430000054
于是采用如下目标优化函数：
mins(λ)＝min||f(λ)||2 (3)
其中，
Figure BDA0001831146430000061
再假定
Figure BDA0001831146430000062
是列满秩的，于是迭代格式为
Figure BDA0001831146430000063
上式称为Gauss-Newton公式，对于
Figure BDA0001831146430000064
不是列满秩，使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解：
Figure BDA0001831146430000065
其中，I为单位矩阵，μ是一个自适应的正数，求出λ之后，在相机坐标系下轮心标记2的坐标是：
Figure BDA0001831146430000066
于是求得机轮中心点在相机坐标系下的位移；
若无法直接拍摄到机轮中心的标记点，如同前述的方法首先求出辅助标记点的坐标(大于等于3个，且任何3个点都不共线)，设在相机坐标下轮心标记2的坐标为p＝(Px，Py，Pz)，此时轮心标记2和辅助标记点不共面，建立目标优化函数：
mins(p)＝min||f(p)||2 (7)
其中，
Figure BDA0001831146430000067
再一次使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解，即可以求解出轮心标记2的坐标p；
标定相机坐标系与世界坐标系的关系，经过坐标变换，可以得在世界坐标系下的机轮中心的位移。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)首先标定相机的内参数；
2)安装高速摄影机，并对准标记面，捕获机轮运动图像；
3)在标记板上安装有多个标记，轮心标记用于测量机轮中心位移，其它为辅助标记，轮心标记为点A1，辅助标记为A2，…，An，世界坐标系为oxyz，相机坐标系为o′x′y′z′，点A1，…，An在相机中的像点分别为点A1′，…，An′，于是在相机坐标系中有单位矢量：
Figure FDA0003208211670000011
同理，对点A2，…，An可得到单位矢量n2，…，nn，由于A1，…，An是标记板上的已知点，那么A1，…，An之间的实际距离已知，于是得到
Figure FDA0003208211670000012
其中，lij为点Ai和点Aj之间的距离，λi为是待求的未知量，方程(2)的第三式中一共有
Figure FDA0003208211670000013
个方程，n个未知量；
假定点Ai和点Aj之间的真实距离为
Figure FDA0003208211670000014
采用如下目标优化函数：
mins(λ)＝min||f(λ)||2 (3)
其中，
Figure FDA0003208211670000015
再假定
Figure FDA0003208211670000016
是列满秩，于是迭代格式为
Figure FDA0003208211670000021
上式称为Gauss-Newton公式，对于
Figure FDA0003208211670000022
不是列满秩，使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解：
Figure FDA0003208211670000023
其中，I为单位矩阵，μ是一个自适应的正数，求出λ之后，在相机坐标系下轮心标记的坐标是：
Figure FDA0003208211670000024
于是求得机轮中心点在相机坐标系下的位移；
通过相机坐标系和世界坐标系的关系，经过坐标变换，可得在世界坐标系下的机轮中心位移。
2.根据权利要求1所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，步骤3)中，标记板为圆形。
3.根据权利要求2所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，标记板安装在起落架的机轮轴上。
4.根据权利要求1所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，机轮轴线与轮心标记的圆心同轴。
5.根据权利要求1所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，若无法直接拍摄到机轮中心的标记点，如同权利要求1所述方法首先求出辅助标记的坐标，设在相机坐标下轮心标记的坐标为p＝(Px，Py，Pz)，建立目标优化函数：
min s(p)＝min||f(p)||2 (7)
其中，
Figure FDA0003208211670000025
再一次使用Levenberg-Marquardt公式迭代求解，即可以求解出轮心标记的坐标p，通过转换求得在世界坐标系下的机轮中心位移。
6.根据权利要求5所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，辅助标记的个数≥3个。
7.根据权利要求6所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，辅助标记任何3个点不共线。
8.根据权利要求5所述的单相机测量三维起落架机轮中心位移方法，其特征在于，轮心标记与辅助标记不共面。
CN201811205762.XA 2018-10-17 2018-10-17 单相机测量三维起落架机轮中心位移方法 Active CN109360241B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811205762.XA CN109360241B (zh) 2018-10-17 2018-10-17 单相机测量三维起落架机轮中心位移方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811205762.XA CN109360241B (zh) 2018-10-17 2018-10-17 单相机测量三维起落架机轮中心位移方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109360241A CN109360241A (zh) 2019-02-19
CN109360241B true CN109360241B (zh) 2022-03-15

Family

ID=65349339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811205762.XA Active CN109360241B (zh) 2018-10-17 2018-10-17 单相机测量三维起落架机轮中心位移方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109360241B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109884658B (zh) * 2019-03-04 2020-11-27 北京工业大学 基于激光追踪仪多站位测量系统的激光追踪仪站位方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0505839A2 (de) * 1991-03-27 1992-09-30 VDO Luftfahrtgeräte Werk GmbH Verfahren zur Kalibrierung von paarweise an belasteten Bauteilen angebrachten Sensoren
EP1427176A1 (en) * 2002-11-28 2004-06-09 Océ-Technologies B.V. A method and apparatus for calibrating a transport scanner and a test original for use with such method and apparatus
CN1559356A (zh) * 2004-03-11 2005-01-05 上海交通大学 由可观测标记点定位所连接的空间物体的方法
CN101839692A (zh) * 2010-05-27 2010-09-22 西安交通大学 单相机测量物体三维位置与姿态的方法
CN101975552A (zh) * 2010-08-30 2011-02-16 天津工业大学 一种基于编码点与计算机视觉的车架的关键点测量方法
CN102121821A (zh) * 2010-12-23 2011-07-13 江西洪都航空工业集团有限责任公司 落震试验轮胎压缩量和轮轴位移的图像测量方法
CN102141573A (zh) * 2010-12-23 2011-08-03 江西洪都航空工业集团有限责任公司 起落架落震试验机轮转速图像测量技术
CN105335751A (zh) * 2014-08-01 2016-02-17 深圳中集天达空港设备有限公司 一种基于视觉图像的泊位飞机前轮定位方法
CN106091963A (zh) * 2016-05-25 2016-11-09 江西洪都航空工业集团有限责任公司 基于非接触视觉的起落架故障检测方法
CN106248014A (zh) * 2016-08-23 2016-12-21 中国人民解放军信息工程大学 一种基于单相片的三维坐标测量方法及装置
CN106949855A (zh) * 2017-03-03 2017-07-14 四川大学 一种转轴角位移测量装置
CN107977997A (zh) * 2017-11-29 2018-05-01 北京航空航天大学 一种结合激光雷达三维点云数据的相机自标定方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0505839A2 (de) * 1991-03-27 1992-09-30 VDO Luftfahrtgeräte Werk GmbH Verfahren zur Kalibrierung von paarweise an belasteten Bauteilen angebrachten Sensoren
EP1427176A1 (en) * 2002-11-28 2004-06-09 Océ-Technologies B.V. A method and apparatus for calibrating a transport scanner and a test original for use with such method and apparatus
CN1559356A (zh) * 2004-03-11 2005-01-05 上海交通大学 由可观测标记点定位所连接的空间物体的方法
CN101839692A (zh) * 2010-05-27 2010-09-22 西安交通大学 单相机测量物体三维位置与姿态的方法
CN101975552A (zh) * 2010-08-30 2011-02-16 天津工业大学 一种基于编码点与计算机视觉的车架的关键点测量方法
CN102121821A (zh) * 2010-12-23 2011-07-13 江西洪都航空工业集团有限责任公司 落震试验轮胎压缩量和轮轴位移的图像测量方法
CN102141573A (zh) * 2010-12-23 2011-08-03 江西洪都航空工业集团有限责任公司 起落架落震试验机轮转速图像测量技术
CN105335751A (zh) * 2014-08-01 2016-02-17 深圳中集天达空港设备有限公司 一种基于视觉图像的泊位飞机前轮定位方法
CN106091963A (zh) * 2016-05-25 2016-11-09 江西洪都航空工业集团有限责任公司 基于非接触视觉的起落架故障检测方法
CN106248014A (zh) * 2016-08-23 2016-12-21 中国人民解放军信息工程大学 一种基于单相片的三维坐标测量方法及装置
CN106949855A (zh) * 2017-03-03 2017-07-14 四川大学 一种转轴角位移测量装置
CN107977997A (zh) * 2017-11-29 2018-05-01 北京航空航天大学 一种结合激光雷达三维点云数据的相机自标定方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A monocular vision system based on cooperative targets detection for aircraft pose measurement;Zhenyu Wang 等;《Journal of Physics: Conference Series》;20171231;第887卷;1-6 *
Study on Three-Dimensional Displacement Measurement Method of EAST Cold Magnet Based on Computer Vision;Qingsheng Gao 等;《Journal of Fusion Energy》;20140420;第33卷;489–496 *
一种提高图像位移测量精度的方法;刘群根;《测控技术》;20071231;第26卷(第3期);30-31,45 *
同心圆标志单目视觉法测飞机方向舵角位移;何森 等;《光电工程》;20131031;第40卷(第10期);22-27 *
起落架落震试验轮胎压缩测量技术概述;孙福强 等;《测控技术》;20131231;第32卷(第9期);4-7 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109360241A (zh) 2019-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110008893B (zh) 一种基于车载图像传感器的车辆行驶跑偏自动检测方法
CN102121821B (zh) 落震试验轮胎压缩量和轮轴位移的图像测量方法
CN105716542B (zh) 一种基于柔性特征点的三维数据拼接方法
CN102967305B (zh) 基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法
CN109238235B (zh) 单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法
CN109242915A (zh) 基于多面立体靶标的多相机系统标定方法
CN109146958B (zh) 一种基于二维图像的交通标志空间位置测量方法
CN104240262B (zh) 一种用于摄影测量的相机外参数标定装置及标定方法
CN106197265B (zh) 一种空间自由飞行模拟器视觉精密定位方法
CN108845335A (zh) 一种基于图像和导航信息的无人机地面目标定位方法
CN110595476A (zh) 一种基于gps和图像视觉融合的无人机降落导航方法及装置
CN110174088A (zh) 一种基于单目视觉的目标测距方法
CN104006790A (zh) 基于视觉的飞机降落辅助装置
CN104215239A (zh) 基于视觉的无人机自主着陆导引装置及导引方法
CN110470226A (zh) 一种基于无人机系统的桥梁结构位移测量方法
CN111220126A (zh) 一种基于点特征和单目相机的空间物体位姿测量方法
CN109739254A (zh) 一种电力巡检中采用视觉图像定位的无人机及其定位方法
CN108663043B (zh) 基于单个相机辅助的分布式pos主子节点相对位姿测量方法
CN109813509B (zh) 基于无人机实现高铁桥梁竖向动扰度测量的方法
CN114993608B (zh) 一种风洞模型三维姿态角测量方法
CN108253935B (zh) 复杂外形模型超高速自由飞行姿态测量方法
CN111688949B (zh) 一种无人机悬停姿态测量装置及方法
CN112197766A (zh) 一种针对系留旋翼平台的视觉测姿装置
CN104167001A (zh) 基于正交补偿的大视场摄像机标定方法
CN109360241B (zh) 单相机测量三维起落架机轮中心位移方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant