采集的时长，如设置同步信号发生器的帖率为20帖/s，设置采 集时长为60秒，则共采集1200对运动状态下的飞机图像对。分别对飞机在静止与运动状 态下采集的机身标记点图像对进行标记点=维信息计算。利用每对机身标记点图像对计算 标记点S维信息的具体步骤如下： (1) 采用基于化own算法的矫正算法对双目图像进行几何矫正，W消除镜头崎变； (2) 采用Bouguet立体校正算法，计算行对准校正旋转矩阵巧、&和重投影矩阵谷， 利用行对准校正旋转矩阵巧、巧对双目图像进行立体校正，得到严格水平行对齐的双目图 像； (3) 采用最大类间方差阔值法对双目图像进行二值化，实现图像中标记点与背景的分 离； (4) 采用图像滤波和最大连通域方法去除双目图像中的背景噪声干扰，并得到标记点 的特征信息； (5) 根据标记点特征信息对双目图像中的标记点进行立体匹配； (6) 利用步骤（2)中的重投影矩阵谷，在立体匹配的基础上计算出标记点S维信息。具 体计算公式如下：
其中，（if/限，F/fT，Z/r)为标记点的立维坐标，片>，）为标记点在左摄像机图像平面 的图像坐标，江为标记点在左右摄像机关联的视差。
[0018] 5、整个实验过程的侧滑角动态监测： 利用第4步获取的飞机静止与运动状态下标记点的=维信息，计算机身侧滑角，实现 对侧滑角的动态监测。具体计算步骤如下： 1) 计算飞机静止时平面ABC法向量；通过图2中飞机静止状态下机身标记点A、B、C的 S维信息计算面ABC的法向量;，具体计算步骤如下： 假设飞机静止状态下标记点A、B、CS点的S维坐标为A知。，托，Z。），B(.為爲），C托，也毎），由几何关系，可W求得面ABC的法向量;認，;的计算公式如下：
2) 计算飞机静止时机身对称面法向量；通过第1)步面ABC法向量;与静止时机身 对称面上标记点A、B的S维信息，计算飞机机身静止时机身对称面xoy的法向量n^0^， 具体计算过程如下： 狱猶臟向量为巧：。，，则前"关系；
3)计算飞机运动时机身对称面法向量；利用运动状态下第:i(l<i<120巧对图像对 中标记点4、巧、q的S维信息，计算飞机运动状态下第对图像对的机身对称面胥巧，:.的 法向量.巧T,02.J，3.，具体计算如下： 假设第对飞机运动状态下图像对中标记点4、巧、qS点的S维坐标为点4
计算如下： 首先计算平面4另,C:.的法向量n 扣，；1典['i的计算公式如下：
设飞机运动状态下第i(l<i<1200对图像对中机身对称面法向量为K ，则 有如下关系：
4) 计算飞机运动时侧滑角：利用步骤2)计算出的静止状态下飞机对称面法向量 巧与步骤扣计算出的?云力状态下第明句<1200)对51像对巾^本几本几身对称?法 向量巧计算出第i(l这i鱼1200)对运动图像对所对应的侧滑角沒,.，具体计算 公式如下： 按照面面角的定义和计算方法可W计算出侧滑角，具体计算公式如下：
5) 整个实验过程的侧滑角动态监测；按照步骤4)的计算方法，计算出运动状态下采集 的1200对图像对的侧滑角。将每对图像对的侧滑角按照图像对的采集顺序，绘制成侧滑角 曲线图，实现对60秒时间内的飞机侧滑角动态监测。
【主权项】
1. 一种基于标记点三维信息测量的飞机侧滑角动态监测方法，其特征在于包括以下方 法步骤： 1) 在飞机机身特定位置粘贴标记点；具体包括以下步骤： (a) 沿机身中轴线粘贴两个标记点，分别记为A、B ; (b) 在机身轴线旁粘贴另一个标记点，记为C ; (c) 要求A、B、C三点组成的平面ABC与飞机机身对称面相互垂直； 2) 利用双目摄像机、高速计算机、同步信号发生器、照明设备构建基于立体视觉的图像 获取装置； 3) 利用标准标定模板实现对双目立体视觉系统的标定，获取双目摄像机的内外参数和 双目摄像机的空间位置关系； 4) 利用已标定好的立体视觉系统采集飞机静止与运动状态下的机身标记点图像对； 首先，在飞机静止状态下，采集粘贴标记点的飞机图像对；然后，在飞机运动状态下，在同步 信号发生器发出的信号下采集粘贴标记点的飞机图像对，采集帧率和时长根据动态监测要 求进行设定；最后，利用第3)步获取的摄像机标定参数，分别对飞机在静止与运动状态下 采集的机身标记点图像对进行标记点三维信息计算；利用每对机身标记点图像对，计算标 记点三维信息的具体步骤如下： (a) 采用基于Brown算法的矫正算法对双目图像进行几何矫正，以消除镜头畸变； (b) 采用Bouguet立体校正算法，计算行对准校正旋转矩阵乓、巧和重投影矩阵β， 利用行对准校正旋转矩阵马、尽对双目图像进行立体校正，得到严格水平行对齐的双目图 像； (c)采用最大类间方差阈值法对双目图像进行二值化，实现图像中标记点与背景的分 离； (d) 采用图像滤波和最大连通域方法去除双目图像中的背景噪声干扰，并得到标记点 的特征信息； (e) 根据标记点特征信息对双目图像中的标记点进行立体匹配； (f) 利用步骤（b)中的重投影矩阵β，在立体匹配的基础上计算出标记点三维信息； 5) 利用第4)步获取的飞机不同状态下标记点的三维信息，计算机身侧滑角，实现对侧 滑角的动态监测；其具体步骤如下： (a) 计算飞机静止时平面ABC法向量：利用飞机静止状态下机身标记点A、B、C的三维 信息计算平面ABC的法向量n ; (b) 计算飞机静止时机身对称面法向量：利用步骤（a)中静止状态下平面ABC的法向 量=与标记点A、B的三维信息，计算出飞机机身静止时对称面的法向量； (c) 计算飞机运动时机身对称面法向量：假设同步信号发生器的帧率为/帧/秒，采 集时长为f秒，则共采集/ ?对飞机运动状态下的图像对；利用第！ （ 1幻￡/_￡ )对 飞机图像对中的标记点4、A、Ci的三维信息，计算飞机运动状态下平面ABC的法向量 ，并利用第；对图像对中的标记点的三维信息，计算出飞机运动状态下第f (1夂)对图像对中机身对称面的法向量； (d) 计算飞机运动时侧滑角：利用步骤（b)得到的静止状态下机身对称面法向量和步 骤（c)得到第；（1夂)对飞机运动图像对中机身对称面的法向量，通过计算两个 法向量之间的夹角得到运动状态下第i ( iss/W )对飞机图像对所对应的飞机侧滑角(e) 整个试验过程的侧滑角动态监测：按照步骤（d)的计算方法，计算出采集的 /_ ?对图像对的侧滑角，将/· ?对图像对的侧滑角按照图像对的采集顺序，绘制成 侧滑角曲线，实现时间?内的飞机侧滑角动态监测。
【专利摘要】一种基于标记点三维信息测量的飞机侧滑角动态监测方法，包括以下步骤：1)在飞机机身特定位置粘贴标记点；2)通过相应设备构建基于双目立体视觉的飞机图像获取装置；3)利用标准标定模板实现对双目立体视觉系统的标定，获取双目摄像机的内外参数和双目摄像机的空间位置关系；4)在同步信号发生器发出的采集信号下，利用已标定好的立体视觉系统采集飞机静止与运动态下的图像对；5)利用第4)步获取的飞机在两种状态下标记点的三维信息，计算机身侧滑角，实现对侧滑角的动态监测。本发明的优点是：能够在不改变飞机气动外形，不影响风洞气流的前提下实现对飞机侧滑角的测量和动态监测，具有操作简单、非接触式、危险系数小、精度高的优点。
【IPC分类】G01C1/00
【公开号】CN104976984
【申请号】CN201510305428
【发明人】熊邦书, 涂晓衍, 余磊
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月8日