[发明专利]用于风洞视觉测量系统标定的柔性标定装置

说明书

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，涉及一种用于风洞环境下视觉测量系统标定的柔性标定装置。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的不断发展，国防科技对于各类飞行器提出了越来越高的技术要求。风洞实验为预测飞行器的气动性能，获取飞行器所需关键气动数据提供了重要的路径。风洞环境复杂、气流扰动大，使用常规的测量手段很难完成物体变形量、位姿参数、动导数、振动量等的测量。视觉测量技术以动态测量、实时性强、非接触等特点在风洞实验中显现出了明显的技术优势。相机参数标定时视觉测量过程中的第一步也是最重要的一步。基于靶标的标定是相机标定的主要方法。为满足飞行器的研制要求，需要在不同尺寸大小风洞对各类飞行器采用视觉测量系统进行试验研究，而现有的靶标都是专项专用，当更换不同实验项目时，某些靶标不能很好的应用。因此，发明一种适用于风洞的柔性标定装置对于减少测量成本，提高我国飞行器设计制造水平具有重要意义。

目前对于风洞环境中相机标定用靶标研究相对较少，美国宇航局Thomas W.Jones在第45届AIAA航空航天科学会议中发表的《A Photogrammetric System for Model Attitude Measurement in Hypersonic Wind Tunnels.》提出了基于双目视觉的模型位姿(俯仰、偏航、滚转)测量方法。采用安装于风洞内部模型支杆的三维台阶标定块充满整个测量视场进行像机标定。荷兰代尔夫特大学的Dinesh Kalpoe在SPIE会议上发表的《Vibration measurement of a model wind turbine using high speed photogrammetry》利用双目视觉结合标志点测量风力涡轮机叶片的振动量，标定采用1.5×1.5m的十字型靶标进行像机的标定。这两种方案都能很好的进行风洞环境下摄像机的标定，但是三维标定块尺寸小，在大视场测量时标定的相机的精度比较低。十字形靶标尺寸大，在小视场内不易安装，并且相机标定精度低。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明了一种用于风洞视觉测量系统标定的柔性标定装置，根据不同尺寸风洞环境下不同型号实验要求，采用四个标定尺与标定板装配组成的复合式柔性靶标，解决了使用标定板标定加工精度低和标定校准精度低的问题。此外，标定时靶标安装于支架上，并采用球铰副控制靶标运动，降低了手持晃动带来的干扰。

本发明采用的技术方案是一种用于风洞视觉测量系统标定的柔性标定装置，其特征是，标定装置由柔性靶标和靶标运动控制器组成；

在柔性靶标中，在标定板1的四个侧面分别加工有一个凹槽，每个凹槽的侧边为凸起的两个矩形块，两个矩形块关于侧面中心对称，矩形块之间的间距与4根标定尺2、3、4、5的宽度相等；两个矩形块上开有螺纹孔和通孔，两孔贯穿两矩形块；标定板1正面为标定面，用于布置标定相机的标定控制点8；标定板1背面开有方形槽，方形槽底面加工有四个具有一定深度的螺纹孔；标定尺有四根，分别为上、下、左、右标定尺4、5、2、3，四根标定尺中每一根的一端侧面都加工一个螺纹孔和一个通孔，通过定位销6和螺栓7分别将上、下、左、右标定尺4、5、2、3安装到标定板1的上、下、左、右凹槽口中，用于标定相机的标定控制点8分别均匀布置在标定板1和上、下、左、右标定尺4、5、2、3上；

在靶标运动控制器中，圆柱杆11为两端带有螺纹的圆形杆件，将圆柱杆11一端安装在圆形法兰板10中心，圆柱杆11另一端安装有金属圆球12，金属圆球12与转接座14以球铰副连接，通过紧定螺钉13将金属圆球12固定安装在转接座14上，转接座14安装在支架15上；圆形法兰板10上加工有四个圆孔，四个圆孔分布于同一圆周上，圆形法兰板10中心加工有螺纹通孔；圆形法兰板10通过四个内六角螺栓9固定在标定板1上，即将靶标运动控制器与柔性靶标装配连接在一起。标定时根据测量要求设计基于不同组合方式的柔性靶标，调节支架15的位置使整个靶标充满测量视场利用标定控制点8之间的约束关系标定相机。

本发明的有益结果是，利用柔性标定装置实现了风洞中不同测量视场下视觉测量系统高精度标定。解决了大尺寸标定板加工精度低、加工成本高以及十字标定架标定精度低等问题。本发明的柔性标定装置结构简单、便携、拆卸方便。

附图说明

图1为风洞视觉测量系统标定装置系统结构图，图2为风洞视觉测量系统标定装置后视图，图3为图2中标定装置局部区域放大图，图4为风洞模型变形测量用靶标，图5为风洞模型位姿测量用靶标。