[发明专利]一种真空环境下的分离体飞行运动参数多目视觉测量系统

说明书

本发明涉及一种真空环境下分离体飞行运动参数多目视觉测量系统，其使用多台高速相机分别拍摄被测试件飞行区域的不同部分，通过对所有相机画面进行融合计算，可以获得试件在任一时刻的飞行运动参数。该测量系统测量精度仅与单台相机拍摄视场有关，能够根据实际拍摄视场大小，在多个观察窗口合理设置相机个数及拍摄区域，从而实现在较大试件飞行区域情况下实现全程高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种真空环境下的分离体飞行运动参数多目视觉测量系统，属于真空试验领域。

背景技术

空间站在轨运行过程中，需要释放分离体以完成特定伴飞任务，分离体在设计中必须满足以下两点要求：(1)由于分离体在释放时空间站正处于空间轨道飞行，大气压力接近真空，且空间站整体处于失重状态，因此，分离体必须能够在真空失重的环境中正常释放。(2)分离体释放后需要与空间站保持一定距离，以完成后续动作，因此，分离体释放时需要具有一定速度。

为了考核分离体在真空失重环境下释放的可靠性和运动稳定性，目前采用的多是真空舱失重释放试验，其试验过程如下：将待试验件释放装置置于真空舱内的跌落台上，关闭真空舱，抽除空气至指定大气压力。试验时，启动控制设备，使试验件及跌落台整体跌落，在跌落过程中释放分离体。使用高速相机在真空舱外通过小型观察窗口拍摄分离体释放的过程，获取分离体飞行过程及运动参数。这种基于视觉的飞行运动参数测量方法通常基于单目视觉测量和双目视觉测量。其中单目视觉测量是利用单一相机从垂直飞行的方向拍摄分离体飞行运动过程，该方法首先借助摄影标尺等简单的标定工具，线性标定相机的每个像素对应实际空间的尺寸，然后根据拍摄得到分离体图像，计算其在飞行平面内的运动参数，该方法操作简单，但是缺点是仅能测量分离体在飞行平面内的运动，无法测量垂直方向的运动。双目视觉测量方法利用两个相机呈一定角度拍摄分离体飞行过程，该方法首先借助摄影标定板等标定工具，标定出两台相机的焦距、图像中心、镜头畸变等内部参数以及相对位置、相对朝向等外部参数，然后根据两台相机拍摄的图像，匹配分离体测点的图像坐标，计算出分离体的三维运动参数。该方法比单目视觉测量过程更复杂，但测量精度更好，而且可以得到三维结果。在上述两种方法中，相机分辨率和视场尺寸对最终的测量精度起到至关重要的作用，即在相机分辨率一定的情况下，拍摄视场越大，精度越差。此外，由于真空试验舱观察窗口较小，相机的观察视场受限制，每个观察窗口仅能允许一台相机拍摄试件飞行区域中的一部分，无法在一次试验内测量分离体整个飞行过程的运动参数。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种真空环境下分离体飞行运动参数多目视觉测量系统，其使用多台高速相机分别拍摄被测试件飞行区域的不同部分，通过对所有相机画面进行融合计算，可以获得试件在任一时刻的飞行运动参数。该测量系统测量精度仅与单台相机拍摄视场有关，能够根据实际拍摄视场大小，在多个观察窗口合理设置相机个数及拍摄区域，从而实现在较大试件飞行区域情况下实现全程高精度测量。该测量系统已经成功应用于某型装备分离体真空失重释放试验，其充分满足试验要求。

(二)技术方案

一种真空环境下的分离体飞行运动参数多目视觉测量系统，包括：

-高速相机，用以拍摄试验件不同飞行区域；

-调整装置，用以调整高速相机的位置及朝向；

-摄影标志，使图像处理算法能够在图像中识别分离体的图像坐标位置；

-标定装置，用以标定高速相机的参数，所述高速相机的参数包括镜头焦距、镜头畸变、各个高速相机之间的相对位置和相对朝向；

-光源，为高速相机提供高亮度照明；

-控制中心，包括同步控制器和图像处理控制器，所述同步控制器使所述高速相机同步曝光，所述图像处理控制器将所述高速相机的画面进行融合计算，获取试验件的运动参数。