[發明專利]一種基于PC/104嵌入式系統的旋翼共錐度機載測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610058329.2
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105606041B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 歐巧鳳;熊邦書;饒智博;趙平均;莫燕
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B11/00
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

1.一種基于PC/104嵌入式系統的旋翼共錐度機載測量裝置，其特征在于，該裝置包括供電模塊(1)、雙目立體視覺系統(2)、PC/104嵌入式系統(3)、透明玻璃板(4)、基板(5)、外殼(6)、支架套管(7)、直升機安裝支架(8)、配置工具(9)和外觸發模塊(10)；該裝置還包括四個外部接口：用于給裝置供電的+28V航空直流電源接口，用于連接外部配置工具的千兆以太網接口，用于觸發雙目立體視覺系統(2)采集的觸發信號接口，用于將測量結果實時上傳到機載數據采集系統的RS485串口；供電模塊(1)把外部輸入的+28V航空直流電源轉換成+12V DC和+24V DC分別給雙目立體視覺系統(2)中的攝像機和PC/104嵌入式系統(3)供電，外觸發模塊(10)隨著旋翼槳葉上反光片轉動到指定位置，觸發雙目立體視覺系統(2)采集測量標記點的雙目圖像，PC/104嵌入式系統(3)接收雙目圖像、提取標記點、計算標記點的三維坐標、解算旋翼共錐度并通過RS485串口發送給機載數據采集系統；供電模塊(1)、雙目立體視覺系統(2)和PC/104嵌入式系統(3)固定安裝在基板(5)上，而基板(5)固定安裝于外殼(6)之內，外殼(6)頂上安裝透明玻璃板(4)；外殼(6)帶有支架套管(7)，用于將該裝置固定在直升機安裝支架(8)上，從支架套管(7)引出航空直流電源線、千兆以太網線、觸發信號線和RS485串口；

該裝置安裝于直升機機身前部上側的安裝槽中，通過該裝置的支架套管(7)與直升機安裝支架(8)進行固定安裝，該裝置的各外部接口采用航空接頭進行固定；

在直升機旋翼各槳葉上相同半徑R處粘貼測量標記點，在測量點半徑上或外延直線上30cm處粘貼紅外光反光片，且各反光片大小和形狀相同；在機身上正對反光片的位置固定紅外傳感器。

2.一種根據權利要求1所述的基于PC/104嵌入式系統的旋翼共錐度機載測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下方法步驟：

1)對測量裝置進行配置和立體標定，具體步驟如下：

a)運行配置工具軟件，通過人機接口完成雙目攝像機的查找、連接、配置，然后采集、顯示、處理模板雙目圖像，最后獲得雙目立體視覺系統的標定參數集Φ；標定完成后，把標定結果發送并保存于PC/104嵌入式系統板載SSD的指定路徑，作為實時旋翼共錐度測量的參數集；

b)實時測量時，首先導入標定參數集Φ，然后啟動測量標記點的雙目圖像采集兩個線程、雙目圖像處理兩個線程、三維坐標計算線程、數據發送線程和主線程共七個工作線程；

c)針對不同轉速的旋翼，本裝置進行最大處理能力的實時測量，即裝置的處理幀速低于轉速與槳葉數乘積時，自動進行以旋翼轉動一周為周期的數據采集；

標定過程采用張正友提出的基于棋盤格平面標定算法對雙目立體視覺系統中攝像機內外參數進行標定，包括多對棋盤格圖像采集、單目標定、畸變校正、雙目標定四個步驟；

2)測量裝置進行旋翼共錐度的機載實時測量，具體步驟如下：

d)實時雙目圖像采集；當每片槳葉旋轉到傳感位置時，外觸發模塊觸發雙目攝像機拍攝槳葉上測量標記點的雙目圖像；

e)圖像校正：采用Brown矯正算法和標定參數集Φ對雙目圖像進行幾何校正，采用Bouguet立體校正算法對雙目圖像進行立體校正；

f)標記點提?。翰捎米畲箢愰g方差閾值法提取標記點，采用二維形態濾波和最大連通域方法去除雙目圖像中的噪聲干擾，精確定位測量標記點；

g)標記點三維坐標計算：首先，對雙目圖像中的測量標記點進行立體匹配；然后，根據立體標定參數集Φ中投影矩陣計算每片槳葉上測量標記點的三維坐標，并求取兩兩之間的空間距離D；

h)共錐度解算和輸出：利用直升機旋翼槳葉標記點P_k，k＝1,2,3...N的三維坐標，其中N為直升機槳葉的數目，以其中一個槳葉為參考槳葉，根據其它槳葉各標記點到參考槳葉標記點的距離D_i,i＝1,2,...N-1，以及標記點到旋翼轉軸中心O點的距離R，根據正弦定理計算出不同槳葉之間的共錐度角α_i：α_i＝2arcsinD_i/2R,i＝1,2,...N-1；

i)然后把測量結果通過RS485串口發送給機載數據采集系統。