基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法，实验前，静态标定相机，获得相机内参数及镜头畸变参数；在风洞实验段壁板上布置参考标记点，在风洞试验模型表面布置待测标记点，每个待测标记点与参考标记点所在壁板的距离相等；风洞试验开始后，使用相机、图像采集计算机拍摄、保存参考标记点、待测标记点的时序图像；计算待测标记点在Om‑XYZ坐标系中的坐标值；给定ti时刻，计算ti时刻的模型迎角值。与现有技术相比，本发明专利技术的积极效果是：本发明专利技术消除了相机位置、姿态变化引起的测量误差，避免了求解非线性共线方程，计算过程相对简单，运算复杂度低；且原理简单，计算量小。

【技术实现步骤摘要】
基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法
本专利技术属于风洞实验领域，特别涉及一种基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法。
技术介绍
在风洞试验中，迎角测量误差所引起的阻力系数误差大约占总阻力系数误差的1/4，为提高测量精准度，国内外进行了广泛、深入的研究，相继发展了迎角传感器、激光测角仪、Optotrak系统、视频测量等技术。迎角传感器使用简单，但由其工作原理可知，无法识别出重力加速度和模型运动时离心加速度的区别，在模型振动时，可能导致较大的测量误差。激光测角仪和Optotrak等需要在模型表面嵌装发光装置，破坏了模型的外形，影响模型的刚度和强度，而且还需要布置线路，增加了模型设计的难度和制造成本。视频测量技术作为非接触的光学测量技术，以工业摄影测量、三维数字图像处理的相关理论和方法为基础，既不破坏模型外形、又无需在模型内布线，仅需在模型表面喷涂标记点，成为了国内外风洞试验机构的研究热点。相比于双目或多目视频测量方法，单目测量方法具有结构简单、标定步骤少的优点，更加便于实施；尤其在振动较为显著的风洞试验环境中，双目或多目测量方法可能还会遇到视场受限和立体匹配困本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、实验前，静态标定相机，获得相机内参数及镜头畸变参数；在风洞实验段壁板上布置参考标记点，在风洞试验模型表面布置待测标记点，每个待测标记点与参考标记点所在壁板的距离相等；步骤二、风洞试验开始后，使用相机、图像采集计算机拍摄、保存参考标记点、待测标记点的时序图像；步骤三、计算待测标记点在Om‑XYZ坐标系中的坐标值；步骤四、给定ti时刻，计算ti时刻的模型迎角值。

【技术特征摘要】
1.一种基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、实验前，静态标定相机，获得相机内参数及镜头畸变参数；在风洞实验段壁板上布置参考标记点，在风洞试验模型表面布置待测标记点，每个待测标记点与参考标记点所在壁板的距离相等；步骤二、风洞试验开始后，使用相机、图像采集计算机拍摄、保存参考标记点、待测标记点的时序图像；步骤三、计算待测标记点在Om-XYZ坐标系中的坐标值；步骤四、给定ti时刻，计算ti时刻的模型迎角值。2.根据权利要求1所述的基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法，其特征在于：所述参考标记点和待测标记点均至少布置4个，均为不共线高对比度标记点。3.根据权利要求1所述的基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法，其特征在于：步骤三所述计算待测标记点在Om-XYZ坐标系中的坐标值的方法为：(1)求解下式的单应性变换矩阵Hr：式中，s为比例因子，(xr,yr)为参考标记点在相机像平面的坐标值；(Xr,Yr)为参考标记点在Or-XYZ坐标系中的X、Y坐标值；Hr为大小为3×3矩阵，其中有8个未知量，第3行第3列的元素值为1；(2)使用下式计算局部坐标系Or-XYZ对应的相机外参数Rr、tr：式中，M为相机的内参数矩阵，是一个上三角矩阵；为单应性矩阵Hr的列分量，有λ为尺度因子，为相机外参数中旋转矩阵Rr...

【专利技术属性】
技术研发人员：周润，张征宇，杨振华，黄叙辉，洪兴福，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51