[發(fā)明專(zhuān)利]基于合作目標(biāo)的飛機(jī)進(jìn)氣道三維重建方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310297216.8
• 申請(qǐng)日: 2023-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116310126A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍凡;沙俊偉;徐貴力;董文德;馬櫟敏;天祥瑞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T17/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T17/00;G01B11/00;G06T7/30;G06T7/50;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/40;G06T7/80
• 代理公司: 無(wú)錫華源專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過(guò)顧佳

本發(fā)明涉及一種基于合作目標(biāo)的飛機(jī)進(jìn)氣道三維重建方法及系統(tǒng)。其包括：提供一待三維重建的飛機(jī)進(jìn)氣道，并在所述飛機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)配置用于獲取三維重建數(shù)據(jù)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描配準(zhǔn)裝置，利用掃描設(shè)備掃描獲取飛機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)壁的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中，在每次利用掃描設(shè)備獲取一區(qū)域內(nèi)壁的點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)利用配準(zhǔn)位置解算裝置解算當(dāng)前掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)的相對(duì)位姿，基于所解算的相對(duì)位姿確定配準(zhǔn)位姿并利用所確定的配準(zhǔn)位姿對(duì)當(dāng)前掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，以在配準(zhǔn)后生成當(dāng)前區(qū)域內(nèi)壁的點(diǎn)云配準(zhǔn)數(shù)據(jù)；基于所有區(qū)域內(nèi)壁的點(diǎn)云配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)所提供的飛機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)行三維重建。本發(fā)明能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)進(jìn)氣道的三維重建，提高三維重建時(shí)的可靠性。

技術(shù)鄰域

本發(fā)明涉及一種三維重建方法及系統(tǒng)，尤其是一種基于合作目標(biāo)的飛機(jī)進(jìn)氣道三維重建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

進(jìn)氣道是飛機(jī)進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口之間的管道，作為飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的前端，主要用于為發(fā)動(dòng)機(jī)提供特定流量的空氣。在飛機(jī)飛行時(shí)，進(jìn)氣道通過(guò)對(duì)高速氣流的減速增壓，實(shí)現(xiàn)氣流動(dòng)能到壓力能的轉(zhuǎn)變，其減速增壓對(duì)提高飛機(jī)飛行性能，有重要作用。

作為飛機(jī)的重要部件之一，飛機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)上的差異會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率、推力大小、飛機(jī)飛行性能等產(chǎn)生影響，如亞音速進(jìn)氣道的進(jìn)口前緣呈鈍圓狀態(tài)、內(nèi)部通道多為擴(kuò)散形，擁有構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕、以及巡航狀態(tài)下效率高的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)工作在超音速時(shí)，則會(huì)增大能量損失。超音速進(jìn)氣道可實(shí)現(xiàn)在馬赫數(shù)變化范圍較寬情況下的高效減速增壓，利用多個(gè)較弱的斜激波實(shí)現(xiàn)超音速氣流的減速，致使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，一般可分為外壓式、內(nèi)壓式、混合式三種。

此外，飛機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)壁上細(xì)小的結(jié)構(gòu)誤差，如凸起、凹陷、尺寸差錯(cuò)等，也會(huì)對(duì)飛機(jī)的飛行性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)飛機(jī)的飛行安全產(chǎn)生威脅。因此，為保證飛機(jī)的飛行性能和飛行安全，在進(jìn)氣道安裝前，需對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，消除安全隱患。

利用基于視覺(jué)的三維重建方法，對(duì)飛機(jī)進(jìn)氣道的管道內(nèi)壁進(jìn)行檢測(cè)，是當(dāng)前的主流方法，可分為主動(dòng)視覺(jué)法和被動(dòng)視覺(jué)法，前者由發(fā)射器和接收器組成，通過(guò)接收到的反射信號(hào)計(jì)算目標(biāo)三維點(diǎn)云信息；后者僅由相機(jī)組成，通過(guò)圖像的明暗度、紋理、輪廓、特征點(diǎn)等，恢復(fù)目標(biāo)的三維點(diǎn)云結(jié)構(gòu)。但由于傳感器視野的局限性，上述方法均需結(jié)合點(diǎn)云拼接技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)完整的三維重建工作。

現(xiàn)有點(diǎn)云配準(zhǔn)方法主要有三種：基于位姿傳感器的點(diǎn)云配準(zhǔn)、基于圖像特征匹配的點(diǎn)云配準(zhǔn)、基于ICP等算法的點(diǎn)云配準(zhǔn)；其中，基于位姿傳感器的點(diǎn)云配準(zhǔn)，主要通過(guò)高精度的機(jī)械移動(dòng)臺(tái)、IMU、傾斜傳感器等計(jì)算點(diǎn)云配準(zhǔn)位姿，實(shí)現(xiàn)完整三維重建；基于圖像特征匹配的點(diǎn)云配準(zhǔn)，主要通過(guò)對(duì)目標(biāo)全景視頻中的連續(xù)幀進(jìn)行特征匹配，然后通過(guò)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法，計(jì)算配準(zhǔn)位姿，實(shí)現(xiàn)三維重建?；贗CP等配準(zhǔn)算法的點(diǎn)云配準(zhǔn)，主要通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的三維特征，計(jì)算不同點(diǎn)云之間的配準(zhǔn)位姿，實(shí)現(xiàn)三維重建。

三維重建技術(shù)已廣泛應(yīng)用于逆向工程、自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)鄰域，但現(xiàn)有方法仍存在以下不足：基于位姿傳感器的方法受硬件限制較大，重建精度和范圍有限；基于圖像特征匹配的方法，依賴(lài)于管道表面的紋理特征，使用場(chǎng)景有限；基于ICP等點(diǎn)云配準(zhǔn)算法的方法，對(duì)目標(biāo)表面的三維特征以及位姿初值存在依賴(lài)，且易陷入局部最優(yōu)。

飛機(jī)進(jìn)氣道的內(nèi)壁表面光滑、顏色單一，缺少足夠的紋理以及三維特征，是一種特殊的重建目標(biāo)，這些特點(diǎn)使得現(xiàn)有三維重建方法無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)其三維重建。因此，對(duì)飛機(jī)進(jìn)氣道，實(shí)現(xiàn)不依賴(lài)任何特征和位姿傳感器的三維重建方法，是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于合作目標(biāo)的飛機(jī)進(jìn)氣道三維重建方法及系統(tǒng)，其能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)進(jìn)氣道的三維重建，提高三維重建時(shí)的可靠性。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于合作目標(biāo)的飛機(jī)進(jìn)氣道三維重建方法，所述飛機(jī)進(jìn)氣道三維重建方法包括：

提供一待三維重建的飛機(jī)進(jìn)氣道，并在所述飛機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)配置用于獲取三維重建數(shù)據(jù)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描配準(zhǔn)裝置，其中，