[發(fā)明專利]一種基于攝像機(jī)的飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711415638.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN108225281A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常帥;唐憲郡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01C11/08
• 分類號(hào): G01C11/08
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發(fā)明涉及一種基于攝像機(jī)的飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)方法。飛行員頭部佩戴的耳機(jī)上固定一個(gè)鏡頭朝上的攝像機(jī)；在攝像機(jī)鏡頭正上方的駕駛艙內(nèi)部安裝有一幅標(biāo)識(shí)圖，該標(biāo)識(shí)幅為黑底白色符號(hào)，符號(hào)為熒光材質(zhì)；在使用該方法檢測(cè)飛行員頭部姿態(tài)時(shí)，首先飛行員會(huì)擺正頭部姿態(tài)，然后按下對(duì)準(zhǔn)開關(guān)，進(jìn)而通過攝像機(jī)獲取一幅標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)圖像；隨后飛行員頭部擺動(dòng)時(shí)，攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝標(biāo)識(shí)圖，與存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的標(biāo)識(shí)圖像并進(jìn)行疊加以及提取特征值等一系列處理，通過飛行員頭部位置與圖像位置之間的換算關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前飛行員頭部的姿態(tài)，包括頭部的俯仰角、橫滾角和航向角。本方法檢測(cè)結(jié)果精度高，速度快，適合小型通用飛機(jī)飛行員的頭部定位，無需更改飛機(jī)航電系統(tǒng)，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)方法，特別是一種基于攝像機(jī)的飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)水平的提高，2-5座的小型飛機(jī)市場(chǎng)越來越大，通航飛機(jī)的飛行員也越來越多。小型飛機(jī)出于成本和駕駛艙空間的考慮，不會(huì)安裝大型客機(jī)上安裝的增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知能力的航電系統(tǒng)，比如平視顯示器等。為了提高小型飛機(jī)起降安全性，會(huì)有越來越多的基于頭戴式的態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)得到應(yīng)用，比如頭戴式平視顯示器。頭戴式平視顯示器上會(huì)顯示當(dāng)前的飛機(jī)姿態(tài)信息以及依據(jù)地形數(shù)據(jù)庫(kù)渲染的外部的三維地形信息，而為了正確的顯示這些信息而不受飛行員頭部移動(dòng)的影響，需要實(shí)時(shí)的獲取飛行員的頭部姿態(tài)信息，以對(duì)顯示的飛機(jī)姿態(tài)信息以及三維地形信息進(jìn)行校正。目前，對(duì)于頭部姿態(tài)信息的獲取主要使用陀螺儀，或者電磁定位裝置；前者成本比較昂貴，不符合小型飛機(jī)的定位，而后者需要對(duì)駕駛艙進(jìn)行改造，同時(shí)無線電信號(hào)也有可能干擾飛機(jī)其他航電設(shè)備正常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種基于攝像機(jī)的飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)方法，該方法精度高，價(jià)格便宜而且不需要對(duì)駕駛艙進(jìn)行改動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括在飛行員頭戴耳機(jī)上固定的一個(gè)鏡頭朝上的攝像機(jī)，耳機(jī)側(cè)有一個(gè)對(duì)準(zhǔn)開關(guān)，以便于在開始使用此方法時(shí)，便于進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)操作；在攝像機(jī)鏡頭正上方的駕駛艙內(nèi)部安裝有一幅標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)為黑底白色符號(hào)，符號(hào)為熒光材質(zhì)；一臺(tái)計(jì)算機(jī)，用于獲取攝像機(jī)拍攝到的圖像并進(jìn)行處理，計(jì)算出飛行員的頭部姿態(tài)。在使用該方法檢測(cè)飛行員頭部姿態(tài)時(shí)，首先飛行員會(huì)擺正頭部姿態(tài)，然后通過攝像機(jī)獲取一幅標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)圖像；在飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)時(shí)，攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝到標(biāo)識(shí)圖，與存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的標(biāo)識(shí)圖像并進(jìn)行比對(duì)，確定當(dāng)前攝像機(jī)拍攝到的畫面與初始圖像之間的位置關(guān)系；隨后，通過飛行員頭部位置與圖像位置之間的換算關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前飛行員頭部的姿態(tài)，包括頭部的俯仰角、橫滾角和航向角。

基于上述原理，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種基于攝像機(jī)的飛行員頭部姿態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：飛行員擺正頭部位置，通過安裝在飛行員頭戴耳機(jī)上的鏡頭朝上的攝像機(jī)拍攝處于攝像機(jī)鏡頭正上方的方形標(biāo)識(shí)，得到基準(zhǔn)圖；方形標(biāo)識(shí)中具有第一標(biāo)識(shí)和第二標(biāo)識(shí)，第一標(biāo)識(shí)和第二標(biāo)識(shí)具有不同辨識(shí)特征，計(jì)算機(jī)建立以基準(zhǔn)圖中心為原點(diǎn)，以基準(zhǔn)圖邊緣方向?yàn)閄方向和Y方向的坐標(biāo)系；基準(zhǔn)圖對(duì)應(yīng)的飛行員頭部姿態(tài)的俯仰角、橫滾角和航向角均為0，X方向?qū)?yīng)飛行員頭部的橫滾角，Y方向?qū)?yīng)飛行員頭部姿態(tài)的俯仰角；

步驟2：攝像機(jī)在工作過程中實(shí)時(shí)拍攝標(biāo)識(shí)圖，并將實(shí)時(shí)拍攝標(biāo)識(shí)圖與基準(zhǔn)圖進(jìn)行疊加；

基準(zhǔn)圖中第一標(biāo)識(shí)中心在坐標(biāo)系中處于A點(diǎn)，坐標(biāo)為(a,b)，第二標(biāo)識(shí)中心在坐標(biāo)系中處于C點(diǎn)，坐標(biāo)為(e,f)；實(shí)時(shí)拍攝的標(biāo)識(shí)圖中，第一標(biāo)識(shí)中心在坐標(biāo)系中處于B點(diǎn)，坐標(biāo)為(c,d)，第二標(biāo)識(shí)中心在坐標(biāo)系中處于D點(diǎn)，坐標(biāo)為(g,h)；

得到對(duì)應(yīng)該實(shí)時(shí)標(biāo)識(shí)圖的飛行員頭部姿態(tài)為：

橫滾角α＝P*(c-a)，俯仰角β＝P*(d-b)，其中P為預(yù)先確定的常數(shù)；

航向角通過以下過程得到：將C點(diǎn)在X軸移動(dòng)(c-a)，Y軸移動(dòng)(d-b)，得到C1點(diǎn)，BC1與BD之間的夾角即為航向角。