飞行试验中军用1553B总线的实时采集技术

针对飞行试验中飞机结构件的动态变形测量问题,提出了一种基于图像的测量方法,对其中涉及的关键技术进行了研究。采用10参数模型非线性成像模型补偿摄像机系统误差,引入摄像机动态校准算法,使摄像机标校重投影误差小于0.03pixel;采用编码标志作为测量标志,提高了图像自动识别和匹配效率;采用双像机交会测量计算测量标志位移变形量可达到0.15mm/1m。实验证明,该方法满足飞行试验中飞机结构件动态变形要求。     

基于多视场拼接的飞机偏心定位距精确测量

针对某型飞机飞行试验中,无法采用常规机载影像测量方法精确计算飞机滑跑过程偏心定位距的问题,设计了一套基于地面多像机视场拼接的影像测量方案。通过在跑道边多点交错布设高速像机阵列,组成高速像机测量控制网,实现飞机滑跑过程影像的全覆盖;采用多摄像机交会接力测量以及数据拼接的方式,实现飞机偏心定位距的测量。实验仿真结果表明,采用该方案偏心定位距最大测量误差不大于3 cm,满足飞行试验精度要求。     

基于前视跑道图像的飞机偏心距精确测量

根据飞机地面最小操纵速度试飞的光电测试需求,提出一种基于前视跑道图像的飞机偏心距精确测量技术,通过在飞机中后段机腹中心线上加装前视高速数字摄像机,获取飞机运动时跑道及飞机起落架的前视序列图像,通过图像判读获取飞机主起连线与跑道标识线交点的亚像素坐标,在摄像机测量参数高精度标定的基础上,根据摄影测量的单站定位原理精确解算交点在物方空间坐标系下的坐标,进而获取飞机偏离跑道中心线的距离。飞行试验测试结果表明,该测量方案切实可行,数据直观可靠,可实现3 cm的测量精度,完全满足试飞测试任务需求。     

基于摄像测量原理的轨道几何参数测量系统

利用摄像测量原理设计出一种新型的轨道几何参数测量系统,该系统由测量主车和测量靶车两部分组成。测量过程中,靶车沿轨道向主车运动;主车上的摄像机实时采集靶车上红外合作标志的序列运动图像;主车工控机中的软件系统实时提取合作标志在图像中的亚像素位置,根据合作标志之间的距离和图像清晰度驱动调节摄像机的电动镜头,使测量过程中摄像机的视场大小基本不变、合作标志成像清晰,根据相应的模型合成轨道几何参数。静态实验与外场实验结果表明,该摄像测量系统完全能够满足轨道几何参数高精度测量的需求。     

某型机载武器投放轨迹姿态测量方法研究

某型机载武器飞行试验中,由于测试用摄像机安装位置的特殊性,导致摄像机视场交会区域较小,无法采用常规影像交会测量的方法获取武器投放过程的轨迹、姿态运动参数,针对该问题,设计了一套适用于近距离、大倾角条件下的机载武器投放试验影像测试方案。通过设计90°和120°弯折光路的特殊弯管镜头,转换摄像机安装位置,解决武器投放影像获取问题,通过建立大倾角多摄像机联合计算模型,实现了武器投放轨迹、姿态的测量。实验室仿真实验结果表明,采用该方案轨迹最大测量误差不大于2 cm,满足飞行试验精度要求。     

结构位移摄像测量系统的设计与实现

针对飞机等大型工程结构的位移测量需求,设计实现了结构位移摄像测量系统.该系统采用多台数字式摄像机从不同方向拍摄飞机机身、机翼表面的人工合作标志点,在试验前对各个摄像机的参数进行精确标定,试验过程中实时分析各摄像机采集到的序列图像,检测跟踪得到标志点在图像上的二维像点坐标,根据像机参数和标志点二维像点坐标交会计算得到各标志点的三维坐标,即可得到整个结构的位移与变形参数.结构位移结果可进行三维动画显示,也可随时查看各标志点的位移曲线.精度测试结果表明该系统位移测量误差标准差小于1 mm,相对误差小于1%.该系统已成功应用于飞机机翼位移测量中.     

基于机器视觉技术的振动台试验变形位移测量方法研究

在振动台试验中,结构的变形位移是试验关注的重要数据之一。将机器视觉技术运用于振动台试验的变形位移测量上,是对传感器测量法的一个补充,从另外一种渠道力争为振动台试验提供更多的数据来源。该方法首先给定振动台一个激励信号,同时对固定在振动台台面上、粘贴有人工标志的弹性结构试件进行视频采集;然后将视频分帧成一系列静态图片,对静态图片进行图像灰度化、图像增强等图像预处理并对人工标志进行识别;接下来,在识别出所有人工标志的基础上采用最小二乘椭圆拟合法进行目标定位并进行像素标定。目标点的像素位移结合像素标定系数,最终完成变形位移的测量。最后通过振动台的固定位移试验和正弦信号激励试验证明了该方法在振动台试验中的可行性。     

晃动平台上对空拍摄大视场摄像机的标定方法

针对晃动平台对空拍摄大视场摄像机难以标定的情况,提出了利用无人机(UAV)作为动态控制点来现场标定摄像机参数的方法。该方法控制无人机在摄像机视场内飞行,并用与晃动平台固联的无人机定位测量系统对无人机位置进行测量,从而整个飞行过程中的无人机位置均可当作控制点对摄像机进行标定。实验中控制点数目充足,易满足控制点在空间和在图像上均匀散布的要求,可以准确求解摄像机内外参数。突破了无法在视场中布设传统像机标定方法所需控制点,使晃动平台上大视场摄像测量无法现场采集参考图像进行高精度标定的局限。对实验条件要求低,最少只需要晃动平台基准坐标系下2个基准点和方位像机光心位置即可标定摄像机内外参数。该方法已成功应用于系泊状态下船舶中摄像机参数的标定。     

基于灭点理论的飞机着陆段姿态角测量

为了更好地解决目前飞行试验中飞机着陆时姿态角参数精确测量问题,基于灭点理论,根据飞机降落过程中机载摄像机所获取到的跑道面影像,提出利用跑道平行线解算飞机姿态角参数的新方法。论述了灭点与摄像机外方位角元素的函数关系,建立了基于灭点几何与直线几何约束条件进行姿态角参数解算的数学模型。试验结果表明,该方法切实可行,能够获得精确可靠的飞机着陆过程中姿态角数据。     

立体摄影术与数字散斑相关方法相结合用于研究三维变形场

采用立体摄影术与数字图像相关技术相结合的方法测量了三维位移场。首先利用两个CCD摄像机在空间两个不同位置拍摄物体表面在变形前后同一个区域之间的散斑图像;然后利用数字散斑相关技术求解这四幅散斑图像之间的相对位移;最后利用立体摄影的几何转换公式来确定物体表面的三维变形场。给出了该立体摄影测试系统的标定结果以及编织复合材料试件的三维变形测量结果。