本申请公开了一种基于单目视觉的气动舵面零位校准系统，涉及机器视觉技术领域，该气动舵面零位校准系统包括安装在飞行器的舱段的侧壁的吊挂工装以及安装在气动舵的端面的套舵工装，通过吊挂工装中的标识物以及套舵工装中的套舵标识物可以标识飞行器和舵面的外形和内部结构特性，基于透视图像中的视图几何关系，可以利用单目视觉获取到的二维透视图像自动还原舵面零位并给出零位偏角指示，工装与设备成本低，检测流程简单快速，零位的自动解算与还原过程无需人工介入，测量结果可由计算机以数值方式读出，可满足数字化和自动化的装备总装需求，准确度和校准效率都较高。准确度和校准效率都较高。准确度和校准效率都较高。
【技术实现步骤摘要】
一种基于单目视觉的气动舵面零位校准系统
[0001]本申请涉及机器视觉
，尤其是一种基于单目视觉的气动舵面零位校准系统。
技术介绍
[0002]各类运载工具如飞机，导弹和鱼类等都有类似副翼、气动舵和燃气舵这种控制面。在总装过程中，舵面与飞行器之间的零位状态决定了飞行器发射的初始状态，倘若舵面与零位之间的偏角过大，将直接影响飞行器的控制精度、命中准确率、可控性和其各项性能。如果这类舵的初始零位状态在总装和评估过程中没有精确的测试手段，那么发射和飞行阶段的角度和方向是否都正确就无法被验证。现有的确定零位与零位偏角的方法主要有机械式和光学式：
[0003](1)机械式主要依靠飞行器表面蒙皮上的限位位置和在舵面上安装辅助工装，通过观察蒙皮上辅助工装定位出的零位标识与舵面工装所成的夹角来判断舵面是否回到零位。辅助工装上的零位有多种形式，包括零位标识和刻度盘等。
[0004](2)光学式主要分为线激光照射式、激光跟踪仪式、光学动捕式和激光或结构光三维干涉式等。其中：
[0005](a)基于激光照射式的方法在机械式的基础上，将飞行器表面蒙皮上基准工装的零位刻度换成了线激光发射器，将舵面工装换成了刻度标尺。安装在蒙皮上基准工装在零位位置发射线激光并照射在舵面工装的刻度上，通过观察线激光与刻度的交点即可判断舵面是否在零位。
[0006](b)基于激光跟踪仪式的测量方法需要激光跟踪仪采集飞行器外形和舵上若干个点位，通过三维建模人工建立零位空间平面，最后计算舵平面与零位空间零位之间的夹角。
[0007](c)光学动捕则需要在测量空间内布设多个已标定好空间位置的相机，并在舵和飞行器表面安装合作目标工装。通过多个相机同时对合作目标工装成像，可以建立舵和飞行器的三维结构，最后同样通过人工建立零位空间平面，可以计算舵平面与零位空间零位之间的夹角。
[0008](d)激光三维干涉式测量法则是通过测量仪在飞行器周围移动，利用激光或结构光对待测产品表面外形轮廓进行高精度三维扫描。在三维扫描获得舵与飞行器空间三维结构的基础上，同样需要通过人工建立零位空间平面，可以计算舵平面与零位空间零位之间的夹角。
[0009]由此可见，现有确定零位与零位偏角的方法需要人工读数、人工操作或测量设备的不断移动，操作过程繁琐，效率低，且依赖于人工读数，精度不高，难以满足日益增长的自动化高效率的航空航天生产总装需要。
技术实现思路
[0010]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于单目视觉的气动舵面零位校
准系统，本申请的技术方案如下：
[0011]一种基于单目视觉的气动舵面零位校准系统，该气动舵面零位校准系统包括吊挂工装、套舵工装、单目相机和控制器；
[0012]吊挂工装安装在飞行器的舱段的侧壁，吊挂工装包括两个第一标识物和两个第二标识物，两个第一标识物的连线平行于飞行器的舱段的回转轴线，两个第二标识物的连线平行于飞行器的舱段的回转轴线；
[0013]套舵工装安装在飞行器的气动舵的端面，套舵工装包括两个套舵标识物，且两个套舵标识物的连线平行于气动舵的舵面；
[0014]单目相机朝向飞行器且视场范围覆盖吊挂工装和套舵工装，单目相机的光轴与飞行器的舱段的回转轴线处于同一高度，控制器连接单目相机和飞行器的气动舵，控制器执行的气动舵面零位校准方法包括：
[0015]通过单目相机获取视场范围内的透视图像；
[0016]对获取到的透视图像进行图像识别确定各个标识物的图像坐标；
[0017]确定两个第一标识物的图像坐标所在的第一直线与两个第二标识物的图像坐标所在的第二直线的相交点的图像坐标作为消影点的图像坐标；
[0018]基于消影点的图像坐标和两个套舵标识物的图像坐标确定零位偏角；
[0019]按照零位偏角对气动舵进行零位校准。
[0020]其进一步的技术方案为，基于消影点的坐标和两个套舵标识物的图像坐标确定零位偏角，包括：
[0021]确定其中一个套舵标识物的图像坐标与消影点的图像坐标所在的第三直线，以及两个套舵标识物的图像坐标所在的第四直线；
[0022]确定第三直线与第四直线的锐角夹角为零位偏角。
[0023]其进一步的技术方案为，每个标识物采用球形结构，确定任意一个标识物的图像坐标的方法包括：
[0024]对透视图像进行图像识别，提取每个标识物的二值化图像；
[0025]对初始分辨率的标识物的二值化图像进行基于双三次插值的上采样，对上采样后的二值化图像基于最小二乘法的圆拟合，确定圆心坐标作为标识物的图像坐标；
[0026]对上采样后的二值化图像下采样至初始分辨率，提取得到亚像素级别的图像坐标。
[0027]其进一步的技术方案为，提取每个标识物的二值化图像的方法包括对于每个标识物：
[0028]利用模板匹配从透视图像中提取包含标识物的感兴趣区域；
[0029]将感兴趣区域内的局部图像从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，并根据HSV颜色阈值对感兴趣区域内的局部图像进行二值化处理，删除面积未达到面积阈值的连通域，保留面积达到面积阈值的连通域，提取得到标识物的二值化图像。
[0030]其进一步的技术方案为，套舵工装还包括可编码合作角标，飞行器包括多个气动舵，每个气动舵的端面上安装的套舵工装中的可编码合作角标不同。
[0031]其进一步的技术方案为，从透视图像中提取包含套舵标识物的感兴趣区域的方法包括：
[0032]对透视图像进行Ostu阈值分割提取可编码合作角标所在的区域；
[0033]根据可编码合作角标与套舵标识物在同一个套舵工装中的相对安装位置，对可编码合作角标所在的区域向套舵标识物的方向进行扩展确定掩膜区域；
[0034]利用掩膜区域对透视图像进行处理，提取得到包含套舵标识物的感兴趣区域。
[0035]其进一步的技术方案为，吊挂工装包括结构相同的第一吊挂组件和第二吊挂组件，每个吊挂组件包括吊挂工装底座、第一测杆、第二测杆、第一标识物和第二标识物，第一测杆的一端固定在吊挂工装底座的上表面、另一端固定第一标识物，第二测杆的一端固定在吊挂工装底座的上表面、另一端固定第二标识物，第一测杆和第二测杆的长度不同；
[0036]当两个吊挂组件安装在飞行器的舱段的侧壁时，两个吊挂组件中的第一标识物的连线平行于飞行器的舱段的回转轴线，两个吊挂组件中的第二标识物的连线平行于飞行器的舱段的回转轴线。
[0037]其进一步的技术方案为，飞行器的舱段的侧壁包括沿着飞行器的舱段的回转轴线依次布设的两个吊挂基座，每个吊挂基座与每个吊挂组件的吊挂工装底座形成匹配的包括限位板的卡接结构；每个吊挂组件卡接入一个吊挂基座上并通过限位板进行限位后，使得两个吊挂组件中的第一标识物的连线平行于飞行器的舱段的回转轴线、第二标识物的连线平行于飞行器的舱段的回转轴线。
[0038]其进一步的技术方案为，套舵工装包括工装本体、第三测杆、第四测杆、第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉的气动舵面零位校准系统，其特征在于，所述气动舵面零位校准系统包括吊挂工装、套舵工装、单目相机和控制器；所述吊挂工装安装在飞行器的舱段的侧壁，所述吊挂工装包括两个第一标识物和两个第二标识物，两个第一标识物的连线平行于所述飞行器的舱段的回转轴线，两个第二标识物的连线平行于所述飞行器的舱段的回转轴线；所述套舵工装安装在所述飞行器的气动舵的端面，所述套舵工装包括两个套舵标识物，且两个套舵标识物的连线平行于所述气动舵的舵面；所述单目相机朝向所述飞行器且视场范围覆盖所述吊挂工装和套舵工装，所述单目相机的光轴与所述飞行器的舱段的回转轴线处于同一高度，所述控制器连接所述单目相机和所述飞行器的气动舵，所述控制器执行的气动舵面零位校准方法包括：通过所述单目相机获取视场范围内的透视图像；对获取到的所述透视图像进行图像识别确定各个标识物的图像坐标；确定两个第一标识物的图像坐标所在的第一直线与两个第二标识物的图像坐标所在的第二直线的相交点的图像坐标作为消影点的图像坐标；基于所述消影点的图像坐标和两个套舵标识物的图像坐标确定零位偏角；按照所述零位偏角对所述气动舵进行零位校准。2.根据权利要求1所述的气动舵面零位校准系统，其特征在于，所述基于所述消影点的坐标和两个套舵标识物的图像坐标确定零位偏角，包括：确定其中一个套舵标识物的图像坐标与所述消影点的图像坐标所在的第三直线，以及两个套舵标识物的图像坐标所在的第四直线；确定所述第三直线与所述第四直线的锐角夹角为所述零位偏角。3.根据权利要求1所述的气动舵面零位校准系统，其特征在于，每个标识物采用球形结构，确定任意一个标识物的图像坐标的方法包括：对所述透视图像进行图像识别，提取每个标识物的二值化图像；对初始分辨率的所述标识物的二值化图像进行基于双三次插值的上采样，对上采样后的二值化图像基于最小二乘法的圆拟合，确定圆心坐标作为所述标识物的图像坐标；对上采样后的二值化图像下采样至所述初始分辨率，提取得到亚像素级别的图像坐标。4.根据权利要求3所述的气动舵面零位校准系统，其特征在于，提取每个标识物的二值化图像的方法包括对于每个标识物：利用模板匹配从所述透视图像中提取包含所述标识物的感兴趣区域；将所述感兴趣区域内的局部图像从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，并根据HSV颜色阈值对所述感兴趣区域内的局部图像进行二值化处理，删除面积未达到面积阈值的连通域，保留面积达到所述面积阈值的连通域，提取得到所述标识物的二值化图像。5.根据权利要求4所述的气动舵面零位校准系统，其特征在于，所述套舵工装还包括可编码合作角标，所述飞行器包括多个气动舵，每个气动舵的端面上安装的套舵工装中的可编码合作角标不同。6.根据权利要求5所述的气动舵面零位校准系...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷珺祺，沙俊伟，贺军崴，肖振远，徐贵力，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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