風洞運動模型視覺測量圖像采集方法
【專利摘要】本發明風洞運動模型視覺測量圖像采集方法屬于計算機視覺測量【技術領域】，涉及一種適用于風洞實驗的運動模型視覺測量圖像采集方法。該圖像采集方法是采用微型高亮度LED作為縮比模型自發光標記點，將微型LED以及微型供電電源布置于目標物外壁內，利用環氧樹脂還原縮比模型氣動外形，配合使用架設于風洞試驗段外的高速攝像機透過觀察窗拍攝縮比模型運動圖像。本發明利用微型自發光單元作為特征點表征縮比模型，縮小數據處理量，提高測量速度；同時無需外部投影、光源等設備，有效避免了觀察窗反光對圖像采集的影響；通過自發光標記點光強高、通光孔圓度好、樹脂透光性強等優點提高圖像采集質量。
【專利說明】風洞運動模型視覺測量圖像采集方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于計算機視覺測量【技術領域】，涉及一種適用于風洞實驗的運動模型視覺測量圖像采集方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代科技的不斷進步，對航空、航天飛行器及附屬設備的研究逐漸成為現階段科學研究的重點。飛行器及附屬設備在研發過程中需要在高度模擬飛行環境的風洞中對相關縮比模型進行反復試驗確定飛行參數。風洞實驗中，縮比模型的氣動外形是風洞實驗模擬參數可信度的重要保證，尤其在對飛行器投放物等運動模型進行運動參數測量時，其模型縮比較大，尺寸較小，微小的氣動外形變化都會對測量產生嚴重的干擾，這導致很多接觸式測量方法都不能應用于風洞實驗，近年來視覺測量作為一種高精度、非接觸式測量方式被廣泛的應用于飛行器風洞實驗中。風洞視覺測量精度極大程度上通過圖像采集質量保證，隨之而來的圖像采集質量問題便成為現階段要解決的主要難題。
[0003]目前，對于風洞運動模型視覺測量圖像采集方法的研究相對較少，多為通過外置設備向風洞內打光、投影進行圖像采集，這種圖像采集方法不能很好的應用于高速風洞的特殊圖像采集環境。張龍、郭隆德等人發明的《風洞模型冰形測量方法及裝置》中提出到了一種利用外加線激光器的靜止模型冰形圖像采集方法，其不能應用于高速風洞特殊圖像采集環境下的運動模型圖像采集。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術難題是克服現有技術的缺陷，發明一種風洞運動模型視覺測量圖像采集方法，采用自發光單元作為風洞模型合作標記點并利用雙目高速攝像機通過風洞試驗段觀察窗拍攝縮比模型在風洞中運動圖像，完成圖像采集。選用微型自發光單元作為特征點表征縮比模型，縮小數據處理量，提高測量速度；并且自發光標記點可代替風洞外部投影特征以及反光式標記，保證縮比模型全視場可測，同時消除外部投影、光源等導致的觀察窗反光對圖像采集的影響；通過自發光標記點光強高、圓度好、抗干擾能力強等優點提高圖像采集質量。
[0005]本發明所采用的技術方案是一種風洞運動模型視覺測量圖像采集方法，其特征是，采用微型高亮度LED作為縮比模型自發光標記點，將微型LED以及微型供電電源布置于目標物外壁內，利用環氧樹脂還原縮比模型氣動外形，配合使用架設于風洞試驗段外的高速攝像機透過觀察窗拍攝縮比模型運動圖像；具體步驟如下:
[0006](I)自發光標記點布置
[0007]在模型表面，根據所需標記點大小加工通光孔7，利用模型外表面通光孔圓度保證圖像特征圓度；在模型內表面通光孔處加工適合安裝微型高亮度LED6的安裝槽8，保證微型LED的光心在通光孔中心處；在模型適當位置加工微型電源安裝槽，并對安裝槽做絕緣處理；采用串聯的方式給所有標記點供電，完成標記點布置；[0008](2)縮比模型氣動外形保護
[0009]采用可加工的透光環氧樹脂對標記點通光孔進行填充，首先將通光孔內表面封閉，形成可注入樹脂的注室；按照比例調制好的環氧樹脂需要加入消泡劑并靜置將其中氣泡除去；使用帶有細長注頭的推注器填充樹脂，在保證通光孔內不存在氣泡的情況下，將整個通光孔填滿并使樹脂適當溢出通光孔，在通光孔外表面形成突起；待樹脂完全固化后，利用機械加工手段對填充樹脂9進行加工去除多樹脂10，保證模型氣動外形；
[0010](3)攝像機圖像采集
[0011]使用高速攝像機對風洞內運動模型進行拍攝，捕捉風洞縮比模型2表面自發光標記點5運動圖像；高速攝像機拍攝系統I通過風洞觀察窗4進行圖像采集，通過調節攝像機完成所需亮度、幀頻的風洞模型運動圖像采集。
[0012]本發明的有益效果是在風洞測量環境下，采用微型高亮度LED作為風洞模型特征標記點，無需配置外置光源便可進行高質量的圖像采集，消除了外置光源與攝像機的安裝干涉，并有效避免了外置光源引起的觀察窗反光；微型LED亮度高，配合填充樹脂與通光孔外圓周圓度可以保證風洞模型在全視場范圍內都具有較高的圖像采集質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為圖像采集方法原理圖。其中，1-高速攝像機拍攝系統、2-風洞縮比模型、
3-風洞、4-風洞觀察窗、5-自發光標記點。
[0014]圖2為自發光標記點安裝圖。其中，6-微型高亮度LED、7_通光孔、8-安裝槽、9-填充樹脂、10-多余樹脂。
[0015]圖3為圖像采集灰度反色圖。其中，11-圖像采集所得標記點。
【具體實施方式】
[0016]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0017]附圖1為圖像采集方法原理圖。本方法采用高速攝像機拍攝系統I通過風洞觀察窗4采集在風洞3中帶有自發光標記點5的風洞縮比模型2運動圖像，完成風洞視覺測量圖像采集。
[0018]本發明采用帶有廣角鏡頭的兩個高速攝像機拍攝模型運動情況，兩個高速攝像機型號為FASTCAM SAX攝像機，采用5050型微型LED燈珠制作自發光標記點。以下為圖像采集方法的具體流程:
[0019](I)模型標記點布置
[0020]本實施例縮比模型為回轉體模型，標記點采用微型LED制作，制作方法如圖2自發光標記點安裝圖所示，在模型表面加工通光孔7，并在模型內部加工安裝槽8，將微型LED安裝于安裝槽8，在模型內部連接導線與微型電源，完成標記點布置。
[0021](2)模型氣動外形保護
[0022]按照比例配制環氧樹脂，并加入消泡劑并靜置至無氣泡。使用帶有細長注頭的推注器將樹脂注入通光孔7，保證通光孔內無氣泡并且樹脂溢出通光孔為加工留有余量。待樹脂完全固化后，對模型外表面進行車削，保證安裝標記點后模型氣動外形保持原模型氣動外形。[0023](3)攝像機圖像采集
[0024]首先，將高速攝像機架設于風洞觀察窗外，調節攝像機視角保證視場尺寸，并對攝像機進行焦距調整使風洞縮比模型表面標記點清晰可見。然后，接通模型標記點電源，調整攝像拍攝巾貞頻，確認攝像機拍攝參數，巾貞頻為3000fps,圖片像素為1024X 1024,鏡頭焦距為17mm,物距為750mm,視場約為800mmX800mm。高速攝像機拍攝模型運動圖像,完成圖像采集，將采集所得圖像進行灰度反色處理得到圖3中的圖像采集所得標記點11。本發明采用微型高亮度LED作為風洞模型自發光標記點，利用標記點的高亮度、加工通光孔的高圓度以及樹脂強透光性保證視覺測量在全測量視場內具有高圖像采集質量。同時，自發光標記點無需外置光源照明，在風洞狹小環境內為圖像采集設備提供安裝空間，并有效避免了外置光源配置引起的觀察窗反光，進一步提高運動風洞模型視覺測量圖像采集質量。
【權利要求】
1.風洞運動模型視覺測量圖像采集方法，其特征是，采用微型高亮度LED作為縮比模型自發光標記點，將微型LED以及微型供電電源布置于目標物外壁內，利用環氧樹脂還原縮比模型氣動外形，配合使用架設于風洞試驗段外的高速攝像機透過觀察窗拍攝縮比模型運動圖像；具體步驟如下: (1)自發光標記點布置 在模型表面，根據所需標記點大小加工通光孔(7)，利用模型外表面通光孔圓度保證圖像特征圓度；在模型內表面通光孔處加工適合安裝微型高亮度LED6的安裝槽(8)，保證微型LED的光心在通光孔中心處；在模型適當位置加工微型電源安裝槽，并對安裝槽做絕緣處理；采用串聯的方式給所有標記點供電，完成標記點布置； (2)縮比模型氣動外形保護 采用可加工的透光環氧樹脂對標記點通光孔進行填充，首先將通光孔內表面封閉，形成可注入樹脂的注室；按照比例調制好的環氧樹脂需要加入消泡劑并靜置將其中氣泡除去；使用帶有細長注頭的推注器填充樹脂，在保證通光孔內不存在氣泡的情況下，將整個通光孔填滿并使樹脂適當溢出通光孔，在通光孔外表面形成突起；待樹脂完全固化后，利用機械加工手段對填充樹脂(9)進行加工去除多樹脂(10)，保證模型氣動外形； (3)攝像機圖像采集 使用高速攝像機對風洞內運動模型進行拍攝，捕捉風洞縮比模型(2)表面自發光標記點(5)運動圖像；高速攝像機拍攝系統(I)通過風洞觀察窗(4)進行圖像采集，通過調節攝像機完成所需亮度、幀頻的風洞模型運動圖像采集。
【文檔編號】G01M9/06GK103983419SQ201410231427
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】劉巍, 尚志亮, 賈振元, 馬鑫, 張洋, 李肖 申請人:大連理工大學