[发明专利]一种低速风洞空中加油软管-锥套动态特性试验方法

权利要求书

1.一种低速风洞空中加油软管-锥套动态特性试验方法，采用的设备包括加油软管、加油锥套、加油软管支撑设备、加油软管移动设备、受油机模型、受油锥管、两台高速相机和PIV系统，其特征在于，方法如下：利用三维立体视觉原理，建立高速摄像机透视变换成像模型，对高速摄像机内外参数矩阵进行标定，建立空间点与图像点之间的映射关系；根据高速摄像机参数之间的内在约束，通过矩阵分解算法求得高速摄像机的内参数矩阵和外参数矩阵；根据高速摄像机畸变模型，标定出高速摄像机的非线性畸变参数，对原始图像进行畸变校正；试验时，在未起风之前，通过加油软管移动设备将加油软管及加油锥套移动到指定位置，并设定加油软管移动设备的运动速度，然后起风，在试验风速达到预定值后，加油软管移动设备运动，进而通过加油软管带动加油锥套运动，待加油锥套接近受油机模型机头时，通过加油软管支撑机构调整加油锥套的位置，使加油锥套与受油锥管对接上，此时开启高速相机进行数据采集，高速相机采集的数据根据采集录像图像点的匹配数据进行三维重构，计算出加油锥套质心点的空间坐标，得到加油锥套的质心轨迹以及加油锥套坐标系纵轴向量与水平面所成的俯仰姿态角的信息，在高速相机数据采集完毕后，再启动PIV系统，进行加油锥套和受油锥管对接过程中头波效应数据的采集，将PIV系统采集的数据进行速度场计算，并采用互相关数据处理算法对图像进行处理，最后得到加油锥套平均的速度云图、平均的速度矢量和流线图，获得加油锥套与受油锥管对接过程中的头波效应及甩鞭现象的速度云图；

其中，加油锥套模型三维坐标获得方法：首先就要对双目摄像机进行标定，设靶标平面上的三维点记为M＝[X,Y,Z]^T，其映射到像平面上的点记为m＝[u,v]^T，三维点和图像上平面点相应的齐次坐标分别为l用于矩阵增广，即将3维矩阵变为4维矩阵，摄像机是基于针孔模型，空间点与图像点之间的映射关系为：

其中，s为一个任意的非零尺度因子，旋转正交矩阵R和平移向量t称为摄像机外部参数矩阵，A为摄像机内部参数矩阵，定义为：

其中，(u₀，v₀)为主点坐标，α、β、分别是u轴和v轴的尺度因子，γ是u轴和v轴不垂直因子，设靶标平面位于世界坐标系的xy平面上，即z＝0，对映射公式进行展开：

r₁、r₂、r₃是旋转正交矩阵R的分量，根据摄像机参数之间的内在约束，通过奇异值分解法求得摄像机的内参数和外参数，对双目摄像机进行内外参数标定完之后，根据图像点的匹配数据进行三维重建，求出空间点的三维坐标：

其中，(f_l,f_r)表示左右摄像机的焦距，(X_l,Y_l)，(X_r,Y_r)分别表示空间点在左右摄像机像面上匹配的坐标，(u_l，v_l)表示空间点在采集图片上的像素坐标，(u₀，v₀)表示主点坐标，γ₁至γ₉为γ是u轴和v轴不垂直因子的分量，t_x及t_z将采集录像图像点的匹配数据进行三维重构，计算出加油锥套质心点的空间坐标，得到加油锥套的质心轨迹以及加油锥套坐标系纵轴向量与水平面所成的俯仰姿态角的信息。