[发明专利]实时获取冰风洞内模型表面上结冰冰型详细信息的方法

说明书

本发明公开了基于机器视觉图像实时获取冰风洞内模型表面上结冰冰型详细信息的方法，包括如下步骤：步骤一、选择适合在风洞环境下使用的相机；步骤二、对相机进行标定，获取相机内外参数；步骤三、获取相机拍摄模型图像；步骤四、处理拍摄图像，进行特征点提取和匹配；步骤五、处理数据，获得结冰冰型的详细信息。该方法精度较高。

技术领域

本发明应用于飞行器结冰、风力发电机结冰、电缆结冰等固体表面上结冰问题，具体是指机器视觉图像有助于人们掌握冰风洞内模型表面上结冰过程的详细信息，从而有利于对结冰机理进行研究及分析。

背景技术

飞机结冰是指飞机飞行过程中机体上某些部件上凝聚冰层的现象。虽然现今飞机的巡航高度都已经高于容易发生结冰现象的高度，但在起飞、爬升、盘旋和降落时，仍然可能遇到比较严重的结冰事故。飞机结冰被航空界认定为影响飞机飞行的六大气象因素之一。

结冰会从多方面威胁飞机的安全。机翼前缘结冰，会增加飞机的重量，改变飞机的空气动力外形，最重要的是由于空气动力外形的改变，引起飞机升力减小，阻力增大。结冰还会导致螺旋桨桨叶重量的不平衡，汽化器进气管的封闭，起落架的收放困难，无线电失去作用，还会断绝油料来源，冻结油门。驾驶舱窗外结冰会使驾驶员的视线受阻导致飞机失事。

为了有效地研究飞机结冰，科研人员需要在冰风洞内对不同模型在不同参数条件下开展结冰实验。然而，现有的实验技术无法实时采集冰风洞内模型表面上的结冰冰型的详细信息。目前，在其他领域已经普遍应用的机器视觉方法主要是依靠待测物体周围背景光，采用光学相机成像，应用图像处理方法分析图像信息，然后获取物体外形数据。如果直接应用该方法实时测量在冰风洞内模型上的结冰时会遇到极大的困难，由于目标物为冰，其表面光滑且透明，导致很难确定特征点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机器视觉图像实时获取冰风洞内模型表面上结冰冰型的详细信息的方法(包括结冰的厚度，表面粗糙等)，该方法的诊断精度较高。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：

基于机器视觉图像实时获取冰风洞内模型表面上结冰冰型的详细信息的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、选择适合在风洞环境下使用的相机并对光源位置进行合理布置，甄别图像质量用以减小冰面反射和折射造成的误差，从而提高精度，找准物体外形特征点。

具体过程如下：首先根据风洞实验段的尺寸、结构以及观察窗的位置确定相机个数以及摆放方式，然后根据摆放方式确定相机镜头的焦距，最后根据焦距选择便于安装且合适的相机。通过相机获得冰风洞内模型上的结冰图像，依据灰度值划分出结冰的内部区域、轮廓以及外部区域，分别计算内部与外部区域的灰度值的平均值，并求其之比。以获得结冰的内部与外部区域的灰度值比值的最高值来确定相机及光源的最佳位置，然后进行之后的步骤。

步骤二、对相机进行标定，获取相机内外参数；

步骤二的具体过程如下：首先按照预先设定的位置摆放相机；然后在风洞内摆放标定板，使标定板在各个相机成像完整清晰，记录图像；调整标定板位置获取多组图像；进一步，将原始图像经过灰度处理，由彩色图变为灰度图；输入若干预设参数，如大致的焦距、xy向相元宽度、图像中心、图像大小等；再通过程序识别同一组图像若干个相机的成像结果中的标定板特征，并计算；重复上一步骤，获取多个结果以减小误差；导出各相机的内参以及相机相互之间的旋转、平移矩阵。

步骤三、获取相机拍摄模型图像；

步骤三的具体过程如下：首先，在冰风洞内放置好模型，关闭冰风洞；然后开启冰风洞，开始结冰过程，同时由计算机远程控制相机进行同步拍照。设置相机拍照间隔以获取完整结冰过程不同时刻的图像。

步骤四、处理拍摄图像，进行特征点提取和匹配；