CN111292375B - 一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法,属于双目视觉测量技术领域。包括以下步骤:在直升机桨毂和桨叶的特定位置粘贴圆形标记点;构建双目成像系统,采集直升机桨叶运动状态下的瞬态图像对;对图像对中的圆形标记点进行检测定位;基于位置约束条件对检测定位的桨叶圆形标记点进行识别标记;基于桨叶圆形标记点的标记值,对图像对中的桨叶圆形标记点进行准确匹配。本发明所提供的方法利用了直升机桨叶的结构特点和旋转运动特点,将圆形标记点粘贴在了直升机桨毂和桨叶的特定位置,通过位置约束条件,可实现桨叶圆形标记点的正确识别标记和准确匹配,可有效解决了圆形标记点的误匹配问题。
Description
技术领域
本发明涉及双目视觉测量技术领域,具体指一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法。
背景技术
直升机桨叶在高速旋转过程中会反复受到挥舞、摆振、扭转变距等载荷运动作用而发生位移和变形,精确测量桨叶的位移变形参数,可为直升机旋翼系统的结构设计和空气动力特性分析提供重要的参数依据。
随着视觉测量技术的快速发展,基于双目立体视觉的测量方法逐渐被用于直升机桨叶位移变形测量中,该方法能够对直升机桨叶进行非接触式三维测量,操作简单,易于维护,对环境要求也较低。测量时,通常采用人工标记的方式,将具有显著特征的人工标记点粘贴在直升机桨叶表面;然后,对运动状态下的直升机桨叶进行双目成像,通过识别匹配桨叶图像对中的同一标记点,计算其三维坐标;最后,基于直升机桨叶表面所有标记点的空间三维信息,计算得到直升机桨叶的位移变形参数。
圆形标记点是双目视觉测量直升机桨叶位移变形参数时较为常用的一种人工标记点,其仅由一个用于定位的目标圆构成,具有结构简单、受成像光照影响小、易于检测等优点。但是,圆形标记点本身没有标识信息,桨叶表面不同位置的圆形标记点之间的区分较为困难,在进行标记点匹配时往往会出现误匹配的情况,特别是当桨叶表面标记点布置较密时,更易出现误匹配,从而造成测量结果出现偏差。
发明内容
本发明提供了一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法,旨在解决双目视觉测量直升机桨叶位移变形参数中的标记点误匹配问题。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是:
一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:在直升机桨毂中心粘贴1个圆形标记点,在直升机桨叶四分之一翼弦线和四分之三翼弦线上各粘贴n个圆形标记点,n的取值范围是1~1000;
步骤2:基于两台高速CCD相机,构建双目成像系统,采集直升机桨叶运动状态下的瞬态图像对;
步骤3:对图像对中的圆形标记点进行检测定位,具体步骤如下:
步骤3.1:使用canny算子进行边缘检测;
步骤3.3:设置最小周长阈值Lmin、最大周长阈值Lmax、最小面积阈值Amin、最大面积阈值Amax、最小形状因子阈值Cmin、最大形状因子阈值Cmax,筛除不满足阈值条件的边缘轮廓,保留圆形标记点边缘轮廓,Lmin、Lmax、Amin、Amax、Cmin、Cmax的取值范围是0~10000;
步骤3.4:对圆形标记点边缘轮廓进行最小二乘椭圆拟合,得到拟合椭圆参数,其中,拟合椭圆中心坐标即为圆形标记点的图像坐标,具有最大长短轴半径的圆形标记点即为桨毂圆形标记点,其余则为桨叶圆形标记点;
步骤4:对检测定位的桨叶圆形标记点进行识别标记,具体步骤如下:
步骤4.1:计算所有桨叶圆形标记点的重心坐标(xc,yc),如下:
式中,(xi,yi)为第i个桨叶圆形标记点的图像坐标,N为桨叶圆形标记点数量;
步骤4.2:计算重心坐标(xc,yc)和桨毂圆形标记点坐标(x0,y0)构成的二维向量
步骤4.5:计算桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,如下:
式中,(x0,y0)表示桨毂圆形标记点的图像坐标,(xi,yi)表示第i个桨叶圆形标记点的图像坐标,di表示第i个桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,i=1,2,...,N,N为桨叶圆形标记点数量;
步骤4.6:基于桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,按从近到远的顺序对桨叶圆形标记点进行标记,其中,位于桨叶四分之一翼弦线上的圆形标记点进行奇数标记,分别标记为1,3,5,...,N-1,位于桨叶四分之三翼弦线上的圆形标记点进行偶数标记,分别标记为2,4,6,...,N,N为桨叶圆形标记点数量;
步骤5:基于桨叶圆形标记点的标记值,对图像对中的桨叶圆形标记点进行准确匹配。
本发明有益效果:
本发明所提供的方法利用了直升机桨叶的结构特点和旋转运动特点,将圆形标记点粘贴在了直升机桨毂和桨叶的特定位置,通过位置约束条件,可实现桨叶圆形标记点的正确识别标记和准确匹配,可有效解决了圆形标记点的误匹配问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体流程图;
图2是粘贴了圆形标记点的直升机旋翼试验台;
图3是双目成像系统采集的直升机桨叶瞬态图像对;
图4是边缘检测结果;
图5是边缘轮廓筛选结果;
图6是圆形标记点识别标记结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本实施例提供了一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法。
步骤1:在直升机桨毂中心粘贴1个直径30毫米的黑色圆形标记点,在直升机桨叶四分之一翼弦线和四分之三翼弦线上各粘贴26个直径20毫米的白色圆形标记点,如图2所示。
步骤2:基于两台高速CCD相机,构建双目成像系统,采集直升机桨叶运动状态下的瞬态图像对,如图3所示,其中,图3(a)为左相机拍摄的瞬态图像,图3(b)为右相机拍摄的瞬态图像。
步骤3:对图像对中的圆形标记点进行检测定位,具体步骤如下:
步骤3.1:采用MATLAB中canny算子进行边缘检测,结果如图4所示,其中,图4(a)为左图像的边缘检测结果,图4(b)为右图像的边缘检测结果。
步骤3.3:设置最小周长阈值Lmin=50、最大周长阈值Lmax=120、最小面积阈值Amin=250、最大面积阈值Amax=800、最小形状因子阈值Cmin=0.8、最大形状因子阈值Cmax=1.3,筛除不满足阈值条件的边缘轮廓,保留圆形标记点边缘轮廓,结果如图5所示,其中,图5(a)为左图像的边缘轮廓筛选结果,图5(b)为右图像的边缘轮廓筛选结果。
步骤3.4:对圆形标记点边缘轮廓进行最小二乘椭圆拟合,得到拟合椭圆参数,其中,拟合椭圆中心坐标即为圆形标记点的图像坐标,具有最大长短轴半径的圆形标记点即为桨毂圆形标记点,其余则为桨叶圆形标记点。
步骤4:对图像对中检测定位的桨叶圆形标记点进行识别标记,具体步骤如下:
步骤4.1:计算所有桨叶圆形标记点的重心坐标(xc,yc),如下:
式中,(xi,yi)表示第i个桨叶圆形标记点的图像坐标,N=52为桨叶圆形标记点数量。
步骤4.5:计算桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,如下:
式中,(x0,y0)表示桨毂圆形标记点的图像坐标,(xi,yi)表示第i个桨叶圆形标记点的图像坐标,di表示第i个桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,i=1,2,...,52。
步骤4.6:基于桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,按从近到远的顺序对桨叶圆形标记点进行标记,其中,位于桨叶四分之一翼弦线上的圆形标记点进行奇数标记,分别标记为1,3,5,...,51,位于桨叶四分之三翼弦线上的圆形标记点进行偶数标记,分别标记为2,4,6,...,52,结果如图6所示,其中,图6(a)为左图像中桨叶圆形标记点识别标记结果,图6(b)为右图像中桨叶圆形标记点识别标记结果。
步骤5:基于左右图像中桨叶圆形标记点的标记值,对桨叶圆形标记点进行准确匹配。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (1)
1.一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:在直升机桨毂中心粘贴1个圆形标记点,在直升机桨叶四分之一翼弦线和四分之三翼弦线上各粘贴n个圆形标记点,n的取值范围是1~1000;
步骤2:基于两台高速CCD相机,构建双目成像系统,采集直升机桨叶运动状态下的瞬态图像对;
步骤3:对图像对中的圆形标记点进行检测定位;
步骤4:对检测定位的桨叶圆形标记点进行识别标记;
步骤5:基于桨叶圆形标记点的标记值,对图像对中的桨叶圆形标记点进行准确匹配;
步骤3对图像对中的圆形标记点进行检测定位,具体包括以下步骤:
步骤3.1:使用canny算子进行边缘检测;
步骤3.3:设置最小周长阈值Lmin、最大周长阈值Lmax、最小面积阈值Amin、最大面积阈值Amax、最小形状因子阈值Cmin、最大形状因子阈值Cmax,筛除不满足阈值条件的边缘轮廓,保留圆形标记点边缘轮廓,Lmin、Lmax、Amin、Amax、Cmin、Cmax的取值范围是0~10000;
步骤3.4:对圆形标记点边缘轮廓进行最小二乘椭圆拟合,得到拟合椭圆参数,其中,拟合椭圆中心坐标即为圆形标记点的图像坐标,具有最大长短轴半径的圆形标记点即为桨毂圆形标记点,其余则为桨叶圆形标记点;
步骤4对图像对中检测定位的桨叶圆形标记点进行识别标记,具体包括以下步骤:
步骤4.1:计算所有桨叶圆形标记点的重心坐标(xc,yc),如下:
式中,(xi,yi)为第i个桨叶圆形标记点的图像坐标,N为桨叶圆形标记点数量;
步骤4.5:计算桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,如下:
式中,(x0,y0)表示桨毂圆形标记点的图像坐标,(xi,yi)表示第i个桨叶圆形标记点的图像坐标,di表示第i个桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,i=1,2,...,N,N为桨叶圆形标记点数量;
步骤4.6:基于桨叶圆形标记点与桨毂圆形标记点之间的距离,按从近到远的顺序对桨叶圆形标记点进行标记,其中,位于桨叶四分之一翼弦线上的圆形标记点进行奇数标记,分别标记为1,3,5,...,N-1,位于桨叶四分之三翼弦线上的圆形标记点进行偶数标记,分别标记为2,4,6,...,N,N为桨叶圆形标记点数量。
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