一种结冰三维外形在线测量方法及测量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，提供了一种结冰三维外形在线测量方法及测量装置，本发明专利技术将特定波长的线激光投射到结冰物面上，相机捕获多个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，经过对多张不同波段激光下的图像进行处理，剔除各个图像中的过曝像素，并保留各幅图像中对应位置上的不饱和像素中的像素值最大的像素值，再由保留下来的各个像素值融合成最终的结冰面图像，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。本发明专利技术的测量装置和测量方法测得的结冰冰形图像对比度高、测量精度高，可以实现对结冰三维生长的原位在线测量。可以实现对结冰三维生长的原位在线测量。可以实现对结冰三维生长的原位在线测量。

【技术实现步骤摘要】
一种结冰三维外形在线测量方法及测量装置


[0001]本专利技术涉及冰形测量
，尤其是涉及一种结冰三维外形在线测量方法及测量装置。

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]为了能够在线准确获取冰形的三维结构，特别是对于测试明冰和混合冰，本专利技术提供一种结冰三维外形在线测量装置及方法，采用多光谱成像技术，通过获取扫描激光图案的多张不同光谱响应的图像，然后从多张图像中提取、融合包含激光中心线信息较多的图像分量，从而滤除过曝光和杂散光对中心线提取的影响，实现明冰和/或混合冰冰形的在线三维测量。
[0007]一种结冰三维外形在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10. 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为待测物面的任意位置；S20. 多光谱相机同步拍摄光条G
i
，形成针对光条G
i
的第1到N张不同波段反射光的图像，其中，N为多光谱相机的通道数；S30. 对第1到N张图像进行融合，得到融合后的光条G
i
的图像；S301. 选取像素点（x，y）在第1到N张图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，1≤n≤N，N≥2；S302. 遍历每一个像素点，执行步骤S301；S303. 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；S40. 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
；S50. 令i=i+b，线激光发生器扫描位置i+b，重复步骤S20
‑
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]进一步地，所述步骤S301中，选取像素点（x，y）在第1到N张图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：S3011. 提取像素点（x，y）在第1到N张图中的像素值K
in
（x,y）；S3012. 与设定阈值thresh比较，当K
in
（x,y）≥thresh时，令K
in
（x,y）=0；S3013. 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）。
[0009]进一步地，在执行S10前，进行系统标定，将相机和激光平面标定到世界坐标系中。
[0010]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。
[0011]一种用于如前所述的一种结冰三维外形在线测量方法的测量装置，其特征在于，包括多光谱图像采集系统和数据处理系统；所述多光谱图像采集系统包括多光谱相机、旋转台和线激光发生器；所述线激光发生器设置于旋转台上；使用时，所述多光谱相机和所述线激光发生器均面对所述待测物面设置；数据处理系统接收多光谱相机拍摄的图像，并根据步骤S30
‑
S60进行数据处理获得待测物面上完整的冰形曲线。
[0012]采用本专利技术的一种结冰三维外形在线测量装置及方法，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：本专利技术将特定波长的线激光投射到结冰物面上，相机捕获多个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，经过对多张不同波段激光下的图像进行处理，剔除各个图像中的过曝像素，并保留各幅图像中对应位置上的不饱和像素中的像素值最大的那点像素值，再由保留下来的各个像素值融合成最终的结冰面图像，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；本专利技术的测量装置和测量方法测得的结冰冰形图像对比度高、测量精度高；本专利技术在对多张图像进行融合时，选择了多张图中的最大不饱和像素值作为该像素点融合后的像素值，使得融合后的图像更清晰；本专利技术的测量装置和测量方法可以实现对结冰三维生长的原位在线测量，无干扰、非接触，并且可以连续测量，可用于对冰形生成过程的研究。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本专利技术实施例的一种结冰三维外形在线测量方法的流程图；图2是本专利技术实施例的一种结冰三维外形在线测量方法的示意图；图3本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结冰三维外形在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S10. 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为待测物面的任意位置；S20. 多光谱相机同步拍摄光条G
i
，形成针对光条G
i
的第1到N张不同波段反射光的图像，其中，N为多光谱相机的通道数；S30. 对第1到N张图像进行融合，得到融合后的光条G
i
的图像；S301. 选取像素点（x，y）在第1到N张图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，1≤n≤N，N≥2；S302. 遍历每一个像素点，执行步骤S301；S303. 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；S40. 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，获得位置i处的冰形曲线L
i
；S50. 令i=i+b，线激光发生器扫描位置i+b，重复步骤S20
‑
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所述的一种结冰三维外形在线测量方法，其特征在于，所述步骤S301中，选取像素点（x，y）在第1到N张图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：S3011. 提取像素点（x，...

【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：