一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于冰形测量技术领域，尤其是涉及一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法及装置，线激光发生器扫描待测物面，在待测物面上形成一个激光光条，采用N台相机采集多张不同波段光谱响应的调制激光图案，得到结冰物面反射的不同波段激光下的图像，对多张图像进行处理和融合，得到该激光光条的有效三维轮廓；如此，线激光发生器扫描完待测物面，即可获得整个物面的结冰信息。本发明专利技术采用多相机结合具有不同中心波长的窄带滤光片拍摄结冰图像，经过图像处理和融合得到对比度高、测量精度高的冰形图像，从而解决了明冰和混合冰对可见光反射率极低，摄像机难以得到清晰的光条图案，导致测量精度偏低的技术问题。导致测量精度偏低的技术问题。导致测量精度偏低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及冰形测量
，尤其是涉及一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法及装置。

技术介绍

[0002]研究发现，飞行过程中的结冰现象是造成飞机飞行安全的主要诱因之一。飞机不同部位的结冰会造成不同程度的影响，如机翼、机尾的结冰会导致扰流流场的改变，从而严重影响飞机的气动性能、操纵性和稳定性；发动机进气道的结冰可能导致发动机停车，危害飞行安全。因此探索结冰机理、进行结冰气象条件下飞行器空气动力性能评估、安全评估，进行防除冰等研究工作具有重要意义。为探索结冰机理、进行结冰气象条件下飞行器空气动力性能评估等研究，研究人员需要对飞行部件在不同气象环境下的结冰外形进行测量研究。获取结冰外形的途径主要有3种：软件仿真计算；飞行试验；地面模拟试验。地面模拟试验由于成本低、能够获得定量结果，是主要的获取结冰外形手段。地面模拟试验通常在结冰风洞中进行。精细化的冰块三维形状信息对提升结冰条件下飞机气动力CFD计算精度具有重要价值。因此，迫切需要可用于结冰生长过程冰形在线三维测量的方法。
[0003]国内外学者尝试了采用基于面结构光的三维扫描仪非接触测量方法进行冰横截面轮廓和三维形状半在线测量，但是，由于冰块表面反射系数低、透射系数高，需向冰块表面喷洒深色涂料，才能得到高对比度编码图案图像，极大地限制了该测量方法应用范围，也无法用于在线测量。
[0004]与投影仪投射的编码条纹相比，激光器投射的线激光具有亮度集中、图像对比度高等优点，已被广泛应用于工业三维测量领域，无需向冰块喷洒深色涂料也可得到较好的观测图像。一系列研究工作以及后期学者们进行的一系列探索性实验，证实了激光三角测量法在结冰模型表面轮廓测量的可行性以及相对传统冰形测量方法的优势。
[0005]然而，明冰的反射率在整个有记录的光谱范围内都极低，在可见光范围内，仅有不到2%的入射光在物面被反射。由于明冰的透明度高且表面光滑，线激光投射在冰体表面，多数光线投射冰体，只有小部分光线通过冰体表面进行反射，造成采集图像激光带区域严重扩散，表现在图像上则是一个亮斑区域，摄像机难以得到清晰的光条图案，导致测量精度偏低，无法准确获得冰形结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种能够准确获取冰形结构的在线冰形测量方法和装置，采用多个相机结合具有不同中心波长的窄带滤光片拍摄结冰图像，对多张图像进行处理和融合，拼接成有效的冰形曲线图。
[0007]一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法，包括以下步骤：S10. 将N台相机面对待测物面布置，并且在各相机前设置不同中心波长的窄带滤光片；其中，N≥2；
S20. 线激光发生器从待测物面的初始位置i开始扫描，线激光发生器投射出光平面至待测物面，并与待测物面相交产生光条G
i
；其中，i可以是待测物面的任意位置；S30. N台相机同步拍摄光条G
i
，形成针对光条G
i
的N张不同波段反射光的图像；S40. 对N张图像进行融合解算，得到光条Gi的有效三维轮廓，即为冰形曲线L
i
；S50. 令i=i+b，线激光发生器扫描位置i+b，重复步骤S30
‑
S40，得到冰形曲线L
i+b
；其中，b为步长；S60. 重复步骤S50，直至获得待测物面上完整的冰形曲线。
[0008]一方面，步骤S40中，包括以下步骤：S41. 对各相机得到的图像分别进行掩膜处理，将过曝和较暗的图像位置以及图像中的噪声、毛刺位置的掩膜值设为零，得到各相机的有效激光图像；S42. 提取各相机得到的图像的有效激光图像中的激光光条中心线，解算得到各相机坐标系下的中心线三维坐标，得到冰形截面三维轮廓；S43. 利用标定的外参进行各相机的坐标转换，将各个相机解算得到的冰形截面三维轮廓统一到同一全局坐标系中，实现多视角三维点云的拼接融合，得到完整的冰形截面三维轮廓。
[0009]另一方面，在步骤S10之前，在待测物面上设置多个标记点；步骤S40中还包括如下步骤：S45.分别获取N张图像中标记点的坐标，根据这些坐标对N张图像进行精确配准；S46. 对N张配准图像进行融合处理，形成融合后的光条G
i
的图像；S47. 提取融合后的光条G
i
的中心线，解算获得中心线的三维坐标，作为位置i处的冰形曲线L
i
。
[0010]进一步地，步骤S46包括：S461.选取像素点（x，y）在第1到N张图像中的最大不饱和像素值作为该像素点（x，y）融合后的像素值K
in*
（x,y）；其中，n为第n张图像，1≤n≤N，N≥2；S462. 遍历每一个像素点，执行步骤S461；S463. 将所有像素点以融合后的像素值进行像素点的组合，形成融合后的光条G
i
的图像。
[0011]进一步地，步骤S461中，选取像素点（x，y）在第1到N张图像中的最大不饱和像素值作为该像素点（x，y）融合后的像素值K
in*
（x,y）的具体步骤为：S4611. 提取像素点（x，y）在第1到N张图中的像素值K
in
（x,y），n为第n张图像；S4612. 与设定阈值thresh比较，当K
in
（x,y）≥thresh时，令K
in
（x,y）=0；S4613. 比较各K
in
（x,y）的大小，选择其中最大的值作为像素点融合后的像素值K
in*
（x,y）：K
in*
（x,y）=Max（K
in
（x,y），1≤n≤N）。
[0012]进一步地，步骤S50中，将线激光发生器设置在旋转台上，令b=θ，θ为旋转台旋转的角度值。
[0013]本专利技术还提供一种用于如前所述的一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法的测量装置，其特征在于，包括图像采集系统和数据处理系统；所述图像采集系统包括N台相机，N个窄带滤光片，旋转台和线激光发生器；其中，N
≥2；所述N个窄带滤光片的中心波长不同，并且N个窄带滤光片设置在N台相机的前端；所述线激光发生器设置于旋转台上；使用时，所述N台相机和所述线激光发生器均面对待测物面设置；所述数据处理系统接收N台相机拍摄的图像，并根据步骤S30
‑
S40进行数据处理获得待测物面上完整的冰形曲线。
[0014]进一步地，还包括控制系统，所述控制系统控制旋转台转动，并且在旋转台转动到位后，控制多光谱相机拍摄图像。
[0015]进一步地，还包括显示系统，用于显示经过所述数据处理系统处理后得到的冰形曲线。
[0016]采用本专利技术的基于多相机组合成像的冰形在线测量方法及装置，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：1.本专利技术采用线激光发生器向结冰表面发射激光光条，并采用多个相机结合多个具有不同中心波长的窄带滤光片拍摄多张图像，通过对图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S10. 将N台相机面对待测物面布置，并且在各相机前设置不同中心波长的窄带滤光片；其中，N≥2；S20. 线激光发生器从待测物面的初始位置i开始扫描，线激光发生器投射出光平面至待测物面，并与待测物面相交产生光条G
i
；其中，i可以是待测物面的任意位置；S30. N台相机同步拍摄光条G
i
，形成针对光条G
i
的N张不同波段反射光的图像；S40. 对N张图像进行融合解算，得到光条Gi的有效三维轮廓，即为冰形曲线L
i
；S50. 令i=i+b，线激光发生器扫描位置i+b，重复步骤S30
‑
S40，得到冰形曲线L
i+b
；其中，b为步长；S60. 重复步骤S50，直至获得待测物面上完整的冰形曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法，其特征在于，步骤S40中，包括以下步骤：S41. 对各相机得到的图像分别进行掩膜处理，将过曝和较暗的图像位置以及图像中的噪声、毛刺位置的掩膜值设为零，得到各相机的有效激光图像；S42. 提取各相机得到的图像的有效激光图像中的激光光条中心线，解算得到各相机坐标系下的中心线三维坐标，得到冰形截面三维轮廓；S43. 利用标定的外参进行各相机的坐标转换，将各个相机解算得到的冰形截面三维轮廓统一到同一全局坐标系中，实现多视角三维点云的拼接融合，得到完整的冰形截面三维轮廓。3.根据权利要求1所述的一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法，其特征在于，在步骤S10之前，在待测物面上设置多个标记点；步骤S40中还包括如下步骤：S45.分别获取N张图像中标记点的坐标，根据这些坐标对N张图像进行精确配准；S46. 对N张配准图像进行融合处理，形成融合后的光条G
i
的图像；S47. 提取融合后的光条G
i
的中心线，解算获得中心线的三维坐标，作为位置i处的冰形曲线L
i
。4.根据权利要求3所述的一种基于多相机组合成像的冰形在线测量方法，其特征在于，步骤S46包括：S461.选取像素点（x，y）在第1到N张图像中的最大不饱和像素值作为该像素点（x，y）融合后的像素值...

【专利技术属性】
技术研发人员：左承林，马军，梁磊，孙冬宁，熊建军，宋晋，谢琦，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：