本发明专利技术涉及一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测量装置及方法。测量装置包括：双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统、外触发模块、供电模块、配置工具、测量标记点等。测量方法包括：双目立体视觉系统标定方法和旋翼共锥度实时测量方法。测量前，配置工具通过千兆以太网接口连接测量装置，完成测量装置参数配置和双目立体视觉系统标定；测量时，双目立体视觉系统根据外触发模块的触发信号进行桨叶双目图像采集，然后实时地进行图像处理和三维坐标计算，最后利用空间距离法计算旋翼共锥度参数，并通过RS485总线将测量结果实时发送给机载数据采集系统。本发明专利技术的优点是：可机载测量、精度高、非接触、操作简单安全。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种计算机视觉
的装置和方法，具体来讲，是一种基于PC/104嵌入式系统和双目立体视觉系统的直升机旋翼共锥度机载测量装置及方法，可应用于旋翼共锥度的机载测量。
技术介绍
旋翼是直升机的核心部件，旋翼桨叶高速旋转产生直升机飞行所需的升力和推力。旋翼共锥度是指直升机旋翼在飞行过程中不同桨叶形成不同的圆锥面，反映各个圆锥面锥度角重合的程度。旋翼共锥度直接影响直升机的安全性、舒适性和武器系统的准确性，在直升机研制、生产和日常维护中需要反复测量和调试。精确、高效、自动地检测或测量旋翼共锥度更是直升机设计生产单位一直努力研究的方向。目前，国内外先后研究出多种旋翼共锥度检测方法：(1)标杆法。是一种最原始的简单手动测量方法，在测量时需要地、空勤人员相互协同，具有一定的危险性，测量精度较低，且只能在地面开车时进行测量。(2)频闪仪法。是先在旋翼各个桨叶桨尖处安装不同形状的靶标，然后用目视方法确定桨叶锥体的大小。这种方法简单，但没有靶标位置的记录，主要靠人眼观察进行主观判断，精度较差，且首次锁定靶标所需的时间较长，易对机体结构造成危害。(3)激光测量法。是利用三束激光束构成一个三角形，通过测量不同桨叶穿越三角形的时间差，实现旋翼共锥度测量。该方法测量精度较高，但要求其中的两束光线相互平行且垂直于桨叶运动平面，这在实际操作中很难做到。(4)通用轨迹设备(UTD)法。通过对旋翼桨叶轨迹的测量实现旋翼共锥度的检测。该方法要求精确测得UTD设备的安装角度和旋翼主轴到安装位置的水平距离，否则会严重影响旋翼共锥度的检测结果。(5)高速CCD成像法。该方法测量时要求CCD成像光轴与旋翼垂直，这在实际操作中很难做到，且要求已知CCD成像物距，而成像过程中物距通常是变化的，这些都会影响测量精度。(6)全景视觉法。该方法的测量精度较高，但由于要将折反射全景摄像机安装在直升机桨毂上，这会对直升机的性能产生严重影响。现有的旋翼共锥度测量方法全部只能在地面开车的状态下进行测量调试，无法进行机载在线测量和监控。双目立体视觉技术作为近年来光学三维测量技术的研究热点，具有非人工接触、动态测量、低成本和易维护等优点，目前已广泛应用于农业、工业、医学和军事领域。因此，本专利技术将双目立体视觉技术结合PC/104嵌入式系统应用于直升机旋翼共锥度的机载在线测量，可有效提高直升机旋翼状态监测和评估效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测量装置及方法。为实现上述目的，本专利技术包括以下三个方面的内容。1.一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测量装置，该装置的硬件主要组成包括：双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统、外触发模块、供电模块、配置工具和测量标记点；其特征在于：测量装置的外壳内置有供电模块、双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统和基板，所述供电模块、双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统放置在基板上，外壳上端设有透明玻璃板，外壳下端有支架套管，支架套管和直升机安装支架绑定，所述供电模块连接双目立体视觉系统和PC/104嵌入式系统，所述双目立体视觉系统连接PC/104嵌入式系统，所述双目立体视觉系统外接外触发模块，所述PC/104嵌入式系统外接配置工具，所述供电模块外接电源；其中：1)双目立体视觉系统：用于采集旋翼桨叶上测量标记的双目图像。2)PC/104嵌入式系统：用于与装置外部通信、进行双目图像处理和三维坐标计算。扩展三个千兆以太网接口，分别用于连接配置工具和双目立体视觉系统；运行Linux平台，安装自行开发的测量软件进行图像处理和标记点的三维坐标计算，得到旋翼共锥度。3)外触发模块：用于当旋转中的桨叶通过指定位置时，角度传感器输出信号触发双目立体视觉系统采集桨叶测量标记点双目图像。4)供电模块：用于把外部+28VDC电源转换输出，为双目立体视觉系统提供+12VDC电源，为PC/104嵌入式系统提供+24VDC电源。5)配置工具：用于对测量装置进行参数设置和立体标定。由于直升机的载荷和操作空间限制，本专利技术将立体视觉系统的标定和图像显示部分设计为地面配置工具，无需作为机载部分，减少了直升机的载荷。6)测量标记点：用于双目立体视觉中左右图像的精确匹配，可以为圆形或棋盘格标记点。2.本专利技术装置的组装方法包括：1)测量装置作为机载模块安装于直升机机身上侧安装槽内，而用于标定的图像显示功能则通过千兆以太网外接配置工具实现。2)在直升机旋翼各桨叶上分别等距粘贴测量标记点和红外反光片，且每个桨叶上的标记点和反光片中心保持在同一个旋转角度。测量标记可以为圆形标记或棋盘格标记。3.一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测量方法，其特征在于包括以下方法步骤：1)对测量装置进行配置和立体标定，具体步骤如下：(a)通过千兆以太网接口，将机载测量装置与配置工具相连。(b)利用配置工具查找、连接和设置立体视觉系统。(c)在目标位置放置标定模板，利用配置工具采集模板的双目图像。(d)在配置工具上采用张正友标定法对双目立体视觉系统进行立体标定，得到标定参数集Φ。2)测量装置进行旋翼共锥度的机载实时测量，具体步骤如下：(a)实时采集桨叶上标记点的双目图像。直升机旋翼桨叶旋转到指定位置时，外触发模块触发双目摄像机采集标记点双目图像。旋翼转轴转动一圈为一个周期，在保证周期完整性前提下尽最大能力采集图像，并对采集的图像进行标记点识别和有效性检查，舍弃含有不合格图像的周期。(b)计算标记点三维坐标。利用双目立体视觉系统标定参数Φ对标记点双目图像进行立体校正，然后，提取标记点并进行三维坐标计算。(c)解算旋翼共锥度。利用直升机旋翼桨叶标记点Pk，k＝1,2,3...N的三维坐标，其中N为直升机桨叶的数目，以其中一个桨叶为参考桨叶，根据其它桨叶各标记点到参考桨叶标记点的距离Di,i＝1,2,KN-1，以及标记点到旋翼转轴中心O点的距离R，采用正弦定理计算出不同桨叶之间的共锥度角αi：αi＝2arcsinDi/2R,i＝1,2,KN-1。(d)输出测量结果。将旋翼共锥度测量结果通过RS485总线实时发送给机载数据采集系统。本专利技术的优点是：(1)本装置可安装于直升机机身上侧的安装槽内，作为机载模块实现旋翼共锥度的机载在线测量和实时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测量装置，该装置的硬件主要组成包括：双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统、外触发模块、供电模块、配置工具和测量标记点；其特征在于：测量装置的外壳内置有供电模块、双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统和基板，所述供电模块、双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统放置在基板上，外壳上端设有透明玻璃板，外壳下端有支架套管，支架套管和直升机安装支架绑定，所述供电模块连接双目立体视觉系统和PC/104嵌入式系统，所述双目立体视觉系统连接PC/104嵌入式系统，所述双目立体视觉系统外接外触发模块，所述PC/104嵌入式系统外接配置工具，所述供电模块外接电源。
【技术特征摘要】
1.一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测量装置，该装置的硬件主要
组成包括：双目立体视觉系统、PC/104嵌入式系统、外触发模块、供电模块、
配置工具和测量标记点；其特征在于：测量装置的外壳内置有供电模块、双目立
体视觉系统、PC/104嵌入式系统和基板，所述供电模块、双目立体视觉系统、
PC/104嵌入式系统放置在基板上，外壳上端设有透明玻璃板，外壳下端有支架
套管，支架套管和直升机安装支架绑定，所述供电模块连接双目立体视觉系统和
PC/104嵌入式系统，所述双目立体视觉系统连接PC/104嵌入式系统，所述双目
立体视觉系统外接外触发模块，所述PC/104嵌入式系统外接配置工具，所述供
电模块外接电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载
测量装置，其特征在于其组装方法包括：
1)测量装置作为机载模块安装于直升机机身上侧安装槽内，而用于标定的图
像显示功能则通过千兆以太网外接配置工具实现；
2)在直升机旋翼各桨叶上分别等距粘贴测量标记点和红外反光片，且每个桨
叶上的标记点和反光片中心保持在同一个旋转角度。测量标记可以为圆形标记或
棋盘格标记。
3.一种根据权利要求1所述的基于PC/104嵌入式系统的旋翼共锥度机载测
量方法，其特征在于包括以下方法步骤：
1)对测量装置进行配置和立体标定，具体步骤如下：
【专利技术属性】
技术研发人员：欧巧凤，熊邦书，饶智博，赵平均，莫燕，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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