CN110715612A - 一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法，所述方法包括：获取至少两路旋翼影像，并将所述旋翼影像转化为至少两个旋翼图像；对所述旋翼图像进行处理，得到至少两个高信噪比旋翼图像，以便提高所述旋翼图像的信噪比；对所述高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，获得至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置；基于预设的相机标定方法，修正空间前方交汇测量模型；根据所述至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置，通过所述空间前方交汇测量模型，获得至少两个所述旋翼特征点的空间位置；根据所述至少两个所述旋翼特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。

Description

一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法及设备
技术领域
涉及直升机旋翼领域，具体涉及一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法及设备。
背景技术
直升机在飞行时旋翼的挥舞角过大、变形量失控会引起主旋翼失稳，导致严重的震动和控制问题，使翼型气动性能急剧恶化，破坏旋翼的自转性能，影响到飞机的操纵性能，威胁飞行的安全。因此准确获取旋翼挥舞角和变形量对飞行安全至关重要。
目前对于直升机旋翼挥舞角和变形量测量，国内缺少高精度测量设备和测试方法。
发明内容
本发明的获取直升机在飞行状态下旋翼挥舞角和变形量测量设备及方法，为直升机飞行安全提供决策依据。
第一发明，本申请提供一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法，所述方法包括：
获取至少两路旋翼影像，并将所述旋翼影像转化为至少两个旋翼图像；
对所述旋翼图像进行处理，得到至少两个高信噪比旋翼图像，以便提高所述旋翼图像的信噪比；
对所述高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，获得至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置；
基于预设的相机标定方法，修正空间前方交汇测量模型；
根据所述至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置，通过所述空间前方交汇测量模型，获得至少两个所述旋翼特征点的空间位置；
根据所述至少两个所述旋翼特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
优选的，所述对所述旋翼图像进行处理，具体包括：
采用暗原色先验原理对所述旋翼图像进行处理。
优选的，所述对高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，具体包括：
基于卷积神经网络对高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪。
优选的，所述相机标定模型的视场大于预设值。
第二发明，本申请提供一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量设备，所述设备包括至少2个摄像头、视频采集记录器、视频图像处理器、遥测天线、GPS天线、加热玻璃和加热电路，其中：
所述至少2个摄像头安装在所述设备的侧面，所述至少2个摄像头与视频采集记录器连接，所述视频采集记录器分别与所述视频图像处理器连接和GPS天线连接，所述视频图像处理器与所述遥测天线连接，所述加热玻璃嵌入在所述设备的侧面，加热电路与所述加热玻璃连接；
加热电路，用于对所述加热玻璃进行恒温处理；
摄像头，用于获取旋翼影像；
视频采集记录器，用于对所述旋翼影像进行采集、压缩、编码和记录处理；
视频图像处理器，用于对所述旋翼影像进行图形处理，获得直升机旋翼变形量和挥舞角；
遥测天线，用于发送所述直升机旋翼变形量和挥舞角；
GPS天线，用于对视频采集记录器授时；
加热玻璃，用于对所述设备进行整流。
优选的，所述直升机旋翼变形量和挥舞角测量设备安装在旋翼顶部桨毂上。
第三发明，本申请提供一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量装置，所述装置包括获取单元、图像处理单元、识别跟踪单元、修正单元、空间位置获得单元和计算单元，其中：
获取单元，用于获取至少两路旋翼影像，并将所述旋翼影像转化为至少两个旋翼图像；
图像处理单元，用于对所述旋翼图像进行处理，得到至少两个高信噪比旋翼图像，以便提高所述旋翼图像的信噪比；
识别跟踪单元，用于对所述高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，获得至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置；
修正单元，用于基于预设的相机标定方法，修正空间前方交汇测量模型；
空间位置获得单元，用于根据所述至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置，通过所述空间前方交汇测量模型，获得至少两个所述旋翼特征点的空间位置；
计算单元，用于根据所述至少两个所述旋翼特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
优选的，所述图像处理单元，具体用于：
采用暗原色先验原理对所述旋翼图像进行处理。
优选的，所述识别跟踪单元，具体用于：
基于卷积神经网络对高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪。
优选的，所述相机标定模型的视场大于预设值。
本申请提供的一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法及设备，可快速、精确、有效的测量直升机在飞行状态下挥舞角和变形量，为直升机飞行安全提供决策依据。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种设备示意图；
图2为本申请实施例提供的一种设备侧视图及尺寸示意图；
图3为本申请实施例提供的一种设备俯视图及尺寸示意图；
图4为本申请实施例提供的一种测量原理示意图；
图5为本申请实施例提供的一种测量结果示意图；
图6为本申请实施例提供的一种桨叶旋转相位角示意图；
图7为本申请实施例提供的一种桨叶角的变化示意图。
具体实施方式
针对直升机旋翼飞行时高速旋转的特点，为了解决此状态下旋翼挥舞角和旋翼变形量难以精确测量的问题，研究设计出一套可快速、精确、有效的测量直升机在飞行状态下挥舞角和变形量方法及设备。本专利设计一套可快速、精确、有效的获取直升机在飞行状态下旋翼挥舞角和变形量测量设备及方法，为直升机飞行安全提供决策依据。
本发明所描述旋翼桨叶角和旋翼变形量测量装置及其使用方法，属于国内首创。计算测量模块首先对采集记录的旋翼视频转化为图像，然后采用暗原色先验原理对复杂环境下图像质量信噪比提升，提高图像质量，然后对旋翼特征点基于CNN进行识别跟踪，最后基于大视场标定模型实现空间前方交汇测量，获得特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
本专利主要包括以下几个部分：
该方法采用3个高分辨率摄像头获取旋翼影像，设备内部固定的高分辨率视频采集记录器通过视频线缆采集记录3路旋翼高分辨率影像，设备顶部加装的GPS天线对高分辨率采集器独立授时，光窗玻璃通过设备内部加热电路自适应加热除冰。GPS天线固定在上半部分顶部，加热玻璃通过配孔均匀安装在下半部分圆周外侧，高分辨率摄像头安装于该孔内，且刚性连接。冰型影像视频采集线缆及加热电路固定于该设备内部，该设备密封性好。
计算测量模块首先对采集记录的旋翼视频转化为图像，然后采用暗原色先验原理对复杂环境下图像质量信噪比提升，提高图像质量，然后对旋翼特征点基于CNN进行识别跟踪，最后基于大视场标定模型实现空间前方交汇测量，获得特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
②设备加装方式及使用方法：
⑴旋翼冰型影像获取设备安装在桨毂上，与桨叶同步旋转，获得旋翼的实时高分辨率高清影像，通过暗原色先验原理提升旋翼图像质量，避免出现分辨率下降和运动模糊现象：
⑵采用多相机组网测量方法，实现多个旋翼桨叶桨叶挥舞角和变形量测量。计算测量模块首先对采集记录的旋翼视频转化为图像，然后采用暗原色先验原理对复杂环境下图像质量信噪比提升，提高图像质量，然后对旋翼特征点基于CNN进行识别跟踪，最后基于大视场标定模型实现空间前方交汇测量，获得特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
⑶动态自适应光窗玻璃加热：该系统根据光窗玻璃温度通过加热电路自适应调节光窗玻璃温度，光窗玻璃温度低于40℃时加热电路开始工作，当光窗玻璃温度高于40℃时加热电路自动断开，加热暂停。加热系统一直处于动平衡状态；
主要需解决以下几个关键技术点：
1、暗原色先验原理实现旋翼图像质量的提升；
2、采用基于卷积神经网络的深度学习方法实现目标点空间定位测量；
3、基于大视场标定法实现多组相机的组网交汇测量；
4、高分辨率旋翼冰型影像设备安装在旋翼顶部桨毂上，旋翼顶部的桨毂与旋翼一起转动，GPS独立授时。防水、抗振、抗冲击、抗干扰等功能，满足机载环境加装条件和旋转动平衡的要求。
5、动态自适应光窗玻璃加热除冰技术：根据外界环境温度，该系统自适应调节光窗玻璃温度，光窗玻璃温度处于动平衡状态，防止光窗玻璃结冰影响系统对桨叶角、变形量在复杂环境下误差在1mm内高精度测量，提高测试设备的鲁棒性。

Claims (10)

1.一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量方法，其特征在于，所述方法包括：
获取至少两路旋翼影像，并将所述旋翼影像转化为至少两个旋翼图像；
对所述旋翼图像进行处理，得到至少两个高信噪比旋翼图像，以便提高所述旋翼图像的信噪比；
对所述高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，获得至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置；
基于预设的相机标定方法，修正空间前方交汇测量模型；
根据所述至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置，通过所述空间前方交汇测量模型，获得至少两个所述旋翼特征点的空间位置；
根据所述至少两个所述旋翼特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述旋翼图像进行处理，具体包括：
采用暗原色先验原理对所述旋翼图像进行处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，具体包括：
基于卷积神经网络对高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相机标定模型的视场大于预设值。
5.一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量设备，其特征在于，所述设备包括至少2个摄像头、视频采集记录器、视频图像处理器、遥测天线、GPS天线、加热玻璃和加热电路，其中：
所述至少2个摄像头安装在所述设备的侧面，所述至少2个摄像头与视频采集记录器连接，所述视频采集记录器分别与所述视频图像处理器连接和GPS天线连接，所述视频图像处理器与所述遥测天线连接，所述加热玻璃嵌入在所述设备的侧面，加热电路与所述加热玻璃连接；
加热电路，用于对所述加热玻璃进行恒温处理；
摄像头，用于获取旋翼影像；
视频采集记录器，用于对所述旋翼影像进行采集、压缩、编码和记录处理；
视频图像处理器，用于对所述旋翼影像进行图形处理，获得直升机旋翼变形量和挥舞角；
遥测天线，用于发送所述直升机旋翼变形量和挥舞角；
GPS天线，用于对视频采集记录器授时；
加热玻璃，用于对所述设备进行整流。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述直升机旋翼变形量和挥舞角测量设备安装在旋翼顶部桨毂上。
7.一种直升机旋翼变形量和挥舞角测量装置，其特征在于，所述装置包括获取单元、图像处理单元、识别跟踪单元、修正单元、空间位置获得单元和计算单元，其中：
获取单元，用于获取至少两路旋翼影像，并将所述旋翼影像转化为至少两个旋翼图像；
图像处理单元，用于对所述旋翼图像进行处理，得到至少两个高信噪比旋翼图像，以便提高所述旋翼图像的信噪比；
识别跟踪单元，用于对所述高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪，获得至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置；
修正单元，用于基于预设的相机标定方法，修正空间前方交汇测量模型；
空间位置获得单元，用于根据所述至少两个旋翼特征点在像平面的坐标位置，通过所述空间前方交汇测量模型，获得至少两个所述旋翼特征点的空间位置；
计算单元，用于根据所述至少两个所述旋翼特征点的空间位置，通过几何计算获得旋翼桨叶角和变旋翼形测量。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述图像处理单元，具体用于：
采用暗原色先验原理对所述旋翼图像进行处理。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述识别跟踪单元，具体用于：
基于卷积神经网络对高信噪比旋翼图像进行旋翼特征点识别跟踪。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述相机标定模型的视场大于预设值。
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