專利名稱：風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)洞試驗(yàn)中試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪\(yùn)動(dòng)姿態(tài)(攻角、側(cè)滑角和滾轉(zhuǎn)角)實(shí)時(shí)測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诖碉L(fēng)試驗(yàn)過(guò)程中的姿態(tài)-模型攻角、側(cè)滑角和滾轉(zhuǎn)角是風(fēng)洞
試驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)、精確獲得風(fēng)洞試驗(yàn)中的模型運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)于風(fēng)洞試驗(yàn)具有重要意義。但以往利用加速度傳感器測(cè)量模型姿態(tài)卻只能測(cè)量攻角，而側(cè)滑角由于無(wú)重力信息，無(wú)法測(cè)量。另外，利用加速度傳感器測(cè)量模型攻角需要在制作模型時(shí)預(yù)留安裝加速度傳感器的空間，應(yīng)用也比較麻煩。利用多目相機(jī)從不同視角拍攝模型上2個(gè)以上特征點(diǎn)的像空間幾何信息，利用攝影測(cè)量學(xué)的共線方程，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)的非接觸測(cè)量。國(guó)外在這方面進(jìn)行了深入研究，技術(shù)成熟；國(guó)內(nèi)研究相對(duì)薄弱。國(guó)外現(xiàn)行的標(biāo)定方法采用高精度的臺(tái)階標(biāo)定塊，該標(biāo)定方法包含了確定相機(jī)位置與姿態(tài)的最小二乘法和確定相機(jī)畸變與焦距等內(nèi)方位元素的最優(yōu)化方法。其不足之處在于不能在風(fēng)洞運(yùn)行中對(duì)相機(jī)的位置與姿態(tài)進(jìn)行標(biāo)定；制造成本高，這類臺(tái)階標(biāo)定板要求其上標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)都要非常精確。為此，本發(fā)明提出風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，在風(fēng)洞試驗(yàn)工程中，利用粘印在風(fēng)洞試驗(yàn)段上的已知坐標(biāo)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片時(shí)的位置與姿態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，該方法可以在風(fēng)洞試驗(yàn)工程中，利用粘印在風(fēng)洞試驗(yàn)段上的已知坐標(biāo)點(diǎn)(即已知點(diǎn)的三維坐標(biāo)為風(fēng)洞坐標(biāo)系下的測(cè)量值)，動(dòng)態(tài)標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片時(shí)的位置與姿態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，包括如下步驟
1)將風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的相機(jī)安裝在風(fēng)洞試驗(yàn)段上壁面上，在風(fēng)洞模型上粘印特征點(diǎn)，沿著風(fēng)洞模型在風(fēng)洞試驗(yàn)段下壁面上的正投影區(qū)域外粘印已知點(diǎn)；
2)在風(fēng)洞試驗(yàn)未運(yùn)行時(shí)，測(cè)量粘印的已知點(diǎn)在風(fēng)洞坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值；
3)確定風(fēng)洞試驗(yàn)段下壁面上粘印的已知點(diǎn)在不同試驗(yàn)溫度下坐標(biāo)的變化模型；
4)在風(fēng)洞試驗(yàn)中采集圖像的同時(shí)，得到風(fēng)洞試驗(yàn)段的溫度，利用步驟3)的結(jié)果計(jì)算出該溫度下已知點(diǎn)的坐標(biāo)三維值；
5)利用已知點(diǎn)在相機(jī)中成像的像空間坐標(biāo)與其三維坐標(biāo)值，按照攝影測(cè)量學(xué)的共線方程，計(jì)算拍攝每張照片的相機(jī)的位置與姿態(tài)角，以及內(nèi)方位元素；
6)對(duì)同一時(shí)刻，不同相機(jī)采集的照片，按照攝影測(cè)量學(xué)的共線方程計(jì)算出該時(shí)刻風(fēng)洞模型上粘印的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而利用特征點(diǎn)間的連線與風(fēng)洞坐標(biāo)系間的關(guān)系，計(jì)算出模型姿態(tài)角。本發(fā)明的附加技術(shù)方案如下 優(yōu)選地，已知點(diǎn)的數(shù)量大于等于五個(gè)。本發(fā)明的方法針對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)段的運(yùn)行溫差，建立已知坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與風(fēng)洞試驗(yàn)段溫度變化間的關(guān)系，據(jù)此得出風(fēng)洞試驗(yàn)段的運(yùn)行溫度對(duì)應(yīng)的已知坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)， 使得標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片的位置與姿態(tài)時(shí)，考慮了風(fēng)洞試驗(yàn)段的熱脹冷縮，提高測(cè)量精度；針對(duì)高速風(fēng)洞振動(dòng)環(huán)境中多相機(jī)攝影測(cè)量因振動(dòng)不同步所導(dǎo)致的誤差問(wèn)題，在動(dòng)態(tài)標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片的位置與姿態(tài)時(shí)，采用的基準(zhǔn)為粘印在風(fēng)洞試驗(yàn)段上的已知坐標(biāo)點(diǎn)， 即考慮了高速風(fēng)洞試驗(yàn)段運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，使得動(dòng)態(tài)標(biāo)定得到的相機(jī)位置與姿態(tài)同屬于同一個(gè)風(fēng)洞坐標(biāo)系。本發(fā)明的有益效果如下與基于高精度臺(tái)階標(biāo)定塊的現(xiàn)行靜態(tài)標(biāo)定技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)利用風(fēng)洞試驗(yàn)段壁面已知點(diǎn)，動(dòng)態(tài)標(biāo)定每張照片的內(nèi)方位元素，以及相機(jī)的位置與姿態(tài)角，可在高速風(fēng)洞振動(dòng)環(huán)境中，準(zhǔn)確獲得的模型相對(duì)于風(fēng)洞坐標(biāo)系的姿態(tài)角，即去除安裝在風(fēng)洞試驗(yàn)段駐室中的相機(jī)間因振動(dòng)不同步所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。通過(guò)建立已知坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與風(fēng)洞試驗(yàn)段溫度變化間的關(guān)系，使得動(dòng)態(tài)標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片的位置與姿態(tài)時(shí)，考慮了風(fēng)洞試驗(yàn)段的熱脹冷縮，提高模型姿態(tài)角的測(cè)量精度。


本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的原理圖2是圖1中的A-A視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施例如圖1和圖2所示，一種風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，該方法包括以下步驟
1)將風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的相機(jī)1，安裝在風(fēng)洞試驗(yàn)段上壁面5上；在風(fēng)洞模型2上粘印特征點(diǎn)7，沿著風(fēng)洞模型2在風(fēng)洞試驗(yàn)段下壁面4上的正投影區(qū)域外，粘印已知點(diǎn)6。為了獲得較好的測(cè)量效果，已知點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)大于等于五個(gè)。2)在風(fēng)洞試驗(yàn)未運(yùn)行時(shí)，測(cè)量粘印的已知點(diǎn)6在風(fēng)洞坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值。3)按照熱脹冷縮原理，確定風(fēng)洞試驗(yàn)段下壁面4上粘印的已知點(diǎn)6，在不同試驗(yàn)溫度下坐標(biāo)的變化模型。4)在風(fēng)洞試驗(yàn)中采集圖像的同時(shí)，得到風(fēng)洞試驗(yàn)段的溫度，利用步驟3)的結(jié)果計(jì)算出該溫度下已知點(diǎn)6的坐標(biāo)三維值。5)利用已知點(diǎn)6在相機(jī)中成像的的像空間坐標(biāo)與其三維坐標(biāo)值，按照攝影測(cè)量學(xué)的共線方程，計(jì)算拍攝每張照片的相機(jī)的位置與姿態(tài)角，以及內(nèi)方位元素。6)對(duì)同一時(shí)刻，不同相機(jī)采集的照片，按照攝影測(cè)量學(xué)的共線方程(前方交會(huì))計(jì)算出該時(shí)刻風(fēng)洞模型2上粘印特征點(diǎn)7的三維坐標(biāo)，進(jìn)而利用特征點(diǎn)7間的連線與風(fēng)洞坐標(biāo)系間的關(guān)系，計(jì)算出模型姿態(tài)角。
具體的計(jì)算方法可以參見文獻(xiàn)“何海.雙目立體視覺在模型姿態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，第16卷第11期，2006年11月，P238-P 240”。本說(shuō)明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說(shuō)明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于包括如下步驟1)將風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的相機(jī)安裝在風(fēng)洞試驗(yàn)段上壁面上，在風(fēng)洞模型上粘印特征點(diǎn)，沿著風(fēng)洞模型在風(fēng)洞試驗(yàn)段下壁面上的正投影區(qū)域外粘印已知點(diǎn)；2)在風(fēng)洞試驗(yàn)未運(yùn)行時(shí)，測(cè)量粘印的已知點(diǎn)在風(fēng)洞坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值；3)確定風(fēng)洞試驗(yàn)段下壁面上粘印的已知點(diǎn)在不同試驗(yàn)溫度下坐標(biāo)的變化模型；4)在風(fēng)洞試驗(yàn)中采集圖像的同時(shí)，得到風(fēng)洞試驗(yàn)段的溫度，根據(jù)步驟3)的結(jié)果計(jì)算出該溫度下已知點(diǎn)的坐標(biāo)三維值；5)利用已知點(diǎn)在相機(jī)中成像的像空間坐標(biāo)與其三維坐標(biāo)值，按照攝影測(cè)量學(xué)的共線方程，計(jì)算拍攝每張照片的相機(jī)的位置與姿態(tài)角，以及內(nèi)方位元素；6)對(duì)同一時(shí)刻，不同相機(jī)采集的照片，按照攝影測(cè)量學(xué)的共線方程計(jì)算出該時(shí)刻風(fēng)洞模型上粘印的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而利用特征點(diǎn)間的連線與風(fēng)洞坐標(biāo)系間的關(guān)系，計(jì)算出模型姿態(tài)角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于所述已知點(diǎn)的數(shù)量大于等于五個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)洞試驗(yàn)中模型姿態(tài)角測(cè)量的多相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，該方法針對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)段的運(yùn)行溫差，建立已知坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與風(fēng)洞試驗(yàn)段溫度變化間的關(guān)系，據(jù)此得出風(fēng)洞試驗(yàn)段的運(yùn)行溫度對(duì)應(yīng)的已知坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，使得標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片的位置與姿態(tài)時(shí)，考慮了風(fēng)洞試驗(yàn)段的熱脹冷縮；針對(duì)高速風(fēng)洞振動(dòng)環(huán)境中多相機(jī)攝影測(cè)量因振動(dòng)不同步所導(dǎo)致的誤差問(wèn)題，在動(dòng)態(tài)標(biāo)定相機(jī)拍攝每張相片的位置與姿態(tài)時(shí)，采用的基準(zhǔn)為粘印在風(fēng)洞試驗(yàn)段上的已知坐標(biāo)點(diǎn)，即考慮了高速風(fēng)洞試驗(yàn)段運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，使得動(dòng)態(tài)標(biāo)定得到的相機(jī)位置與姿態(tài)同屬于同一個(gè)風(fēng)洞坐標(biāo)系。本發(fā)明的方法可以提高模型姿態(tài)角的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102175416SQ20111003093
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者喻波, 張征宇, 王水亮, 黃敘輝, 黃詩(shī)捷 申請(qǐng)人:中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所