[發明專利]一種風洞滑雪試驗中運動員迎風投影面積測量方法

在審

• 申請號: 202110375177.X
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN112802128A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 宋晉;徐圣;張衛國;馬軍;李東;劉赟;成壘;劉曉林;蘭宇;劉蓓;劉歡;陳丹
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/246;G06T7/194;G06T5/00;G01M9/02
• 代理公司: 綿陽山之南專利代理事務所(普通合伙) 51288
• 代理人: 沈強

本發明公開了一種風洞滑雪試驗中運動員迎風投影面積測量方法，首先進行標定，通過圖像處理算法提取并計算出標定物所占的像素數量，完成標定后對風洞的背景圖像和前景圖像分別做差分、濾噪、二值化處理，獲取運動員所占像素數量，并計算出運動員所對應的迎風投影面積；本發明采用非接觸測量方式，無須在運動員身上安裝任何傳感器或標志物，具有易于實現、測量準確、對運動員無影響的優點，可以準確的獲取阻力系數，本發明方法不僅可用于風洞滑雪試驗，也可用于其它競速運動的風洞試驗，如競速自行車運動。

技術領域

本發明涉及風洞試驗領域，具體涉及到風洞滑雪試驗中不規則物體、特別是運動員的迎風投影面積測量方法。

背景技術

在競速滑雪項目中，空氣阻力對運動比賽成績有很大影響，減小空氣阻力可以有效提高滑行速度，提升運動比賽成績。而評價空氣阻力特性的主要依據是阻力系數Cx，Cx是無量綱量，計算公式如下：

其中X為空氣阻力，q為動壓，s為運動員迎風投影面積，而風洞的主要功能是獲取被測對象在氣流流動作用下所受的力與力矩，故運動員所受的空氣阻力X只需通過風洞的常規天平測力系統即可得到，動壓q是由人工給定風洞動力系統，并通過系統閉環控制實現并穩定的。

然而目前的技術測量手段無法提供準確的測量運動員迎風投影面積s，因此無法計算阻力系數Cx，缺少了滑雪試驗中對空氣阻力的評價依據。

發明內容

本發明的目的是設計一套圖像處理方法，利用現有的技術結合風洞的特殊試驗環境，實現對于風洞中被測對象的迎風面的面積。

為實現上述目的，本發明采用如下技術特征：

一種風洞滑雪試驗中運動員迎風投影面積測量方法，首先進行標定，以A4紙作為標定物放置在待測位置進行圖像采集，目的是計算出在當前相機參數下（參數是指焦距、物距、視場和幅面像素數量）面積與像素數量的比例關系，A4紙的面積是固定已知的，通過圖像處理算法可以提取并計算出A4紙所占的像素數量。

完成標定后，先采集空風洞圖像作為背景圖像，再使運動員位于待測位置進行圖像采集作為前景圖像，通過背景圖像、前景圖像和相關圖像處理算法提取并計算出運動員所占像素數量，由于試驗中相機的成像面與風洞截面平行，因此待測目標的投影面積與其所占像素數量成正比關系，再根據已經標定好的比例關系，即可計算出運動員所對應的迎風投影面積，進而計算得出阻力系數。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1、為風洞滑雪試驗運動員阻力系數Cx的計算提供了必要參數，解決了阻力系數Cx無法獲取的困難。

2、該方法屬于非接觸測量方式，無須在運動員身上安裝任何傳感器或標志物，具有易于實現、測量準確、對運動員無影響的優點。

3、適用性廣，該方法不僅可用于風洞滑雪試驗，也可用于其它競速運動的風洞試驗，如競速自行車運動。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是標定物的標定圖像；

圖2是圖1的標定物提取效果；

圖3是背景圖像；

圖4是前景圖像；

圖5是前景圖像的差分效果圖；

圖6是差分效果的補充效果圖；

圖7是補充效果圖的濾噪效果圖‘

圖8是最終提取效果圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。